i Abstract The Nockeby Bridge, in the western part of Stockholm, is a prestressed concrete bridge with an openable swing span of steel. The bridge was built during 1970 and should now be widened with 0.5 meters on each side. The concrete bridge deck is supported by two main-beams and cross-beams are located at the position of all supports. Previous studies of the bridge show that the torsional resistance is too low and the bridge needs strengthening while widened. The aim of this master  thesis  was  to  study  and  compare  different  strengthening  methods  for  The  Nockeby Bridge.  Eight  different  bridges  in  Sweden  and  China  were  reviewed  to  find  possible  strengthening  methods  for  The  Nockeby  Bridge.  External  prestressing  tendons  and  additional  cross-beams between  the  two  main-beams  were  seen  to  have  good  influence  on  the  resistance.  The  effect from strengthening with carbon-fiber reinforced polymer was questioned during small loads and was not seen as a suitable strengthening method for The Nockeby Bridge.  Four different FE-models were generated to be able to compare two strengthening methods. The compared strengthening methods were a method with additional cross-beams between the main-beams and a method with external prestressing tendons. All FE-models were built up by solid- and  truss  elements  where  the  concrete  was  modelled  with  solid  elements  and  the  prestressed reinforcement was modelled with truss elements.  Only a few load-cases were included to limit the scope of the study. The included load-cases were deadweight,  prestressing  forces  and  vehicle  load  from  standard  vehicle  F,  G,  H  and  I.  Two influence lines were created to be able to place the vehicle loads in an unfavorable way. From the FE-models, shear  stresses were  extracted  along two  lines, one  on  each  side  of the main-beam. The torsional part of the shear stresses was calculated from these two results and compared with the torsional resistance of the bridge. While calculating the torsional resistance, the normal force in the cross-section from prestress was extracted with the function “free body cut”. The results showed that none of the tested strengthening methods were enough to  strengthen The  Nockeby  Bridge.  However, the  method  with additional  cross-beams  was  seen  as  a  better method than external prestressing tendons. A combination of the two methods might be suitable but  was  not  tested.  Adding  four  cross-beams  in  each  span  might  also  increase  the  resistance enough, but this was neither tested. It was also seen that a reduction of the torsional stiffness had a large influence on the result. Such a reduction is allowed in some cases and should be utilized if possible. Furthermore,  it  was  seen  that  solid-models  were  extremely  time  consuming  and  there  is  not  a  good alternative to design a bridge with only a solid model. / Nockebybron i västra Stockholm är en förspänd betongbro med ett öppningsbart svängspann av stål. Bron byggdes 1970 och ska nu breddas med 0.5 meter på varje sida. Betongplattan stöds upp av två huvudbalkar och tvärbalkar är placerade vid samtliga stöd. Tidigare studier av bron visar att brons vridstyvhet är låg och bron behöver förstärkas i samband med breddningen. Syftet med detta examensarbete är att undersöka och jämföra olika förstärkningsmetoder för Nockebybron. Åtta olika  broar  i  Sverige  och  Kina  undersöktes  för  att  hitta möjliga  förstärkningsåtgärder  för Nockebybron. Extern spännarmering och extra tvärbalkar mellan de två huvudbalkarna hade en bra inverkan på kapaciteten. Kapacitetsökningen fån förstärkning med kolfiberförstärkt plast är ifrågasatt vid låga laster och uppfattas inte som en bra metod för att förstärka Nockebybron.  Fyra     olika     FE-modeller     skapades     för     att     jämföra     två     förstärkningsmetoder. Förstärkningsmetoderna som jämfördes var metoden med extra tvärbalkar mellan huvudbalkarna samt   en   metod   extern   spännarmering.   Alla   FE-modeller   byggdes  upp   med  solid-  och stångelement  där  betongen  modellerades  med  solidelement  och  den  förspända  armeringen modellerades med stångelement.  Enbart ett fåtal lastfall inkluderades i studien för att minska studiens omfattning. De inkluderade lastfallen  var  egenvikt,  förspänningskrafter  samt  trafiklast  från  typfordon  F,  G,  H  och  I.  Två influenslinjer  skapades  för  att  placera  trafiklasten  på  ett  ogynnsamt  sätt.  Från  FE-modellerna extraherades   skjuvspänningar   från   bägge   sidor   av   en   av   huduvbalkarna.   Från   dessa skjuvspänningar   beräknades   vrid-delen   av   skjuvspänningarna   som   jämfördes   med   brons vridkapacitet.  När  vridkapaciteten  beräknades  togs  tryckkraften  från  tvärsnittet  fram  genom funktionen ”free body cut”.  Resultatet visade att ingen av de testade förstärkningsmetoderna var tillräckliga för att  förstärka Nockebybron.  Hur  som  helst,  metoden  med  extra  tvärbalkar  ansågs  som  en  bättre  metod  än extern  spännarmering.  En  kombination  av  de  bägge  förstärkningsmetoderna  kan  vara  lämplig men detta testades inte. Att lägga in fyra tvärbalkar i varje spann kan också leda till en tillräcklig ökning av kapaciteten, men detta fall testades inte heller. En reduktion av vridstyvheten sågs ha en stor påverkan på resultatet. En sådan reduktion är tillåten i vissa fall och borde utnyttjas om möjligt. Vidare  upptäcktes  att  en  solidmodell  är  väldigt  tidskrävande  varför  det  inte  är  lämpligt  att  dimensionera en bro enbart med hjälp av en solidmodell.

Lugha ni nyenzo muhimu katika mchakato wa mawasiliano, hali inayoifanya nyenzo hii kuweza kuchanganuliwa kwa njia mbalimbali. Katika jitihada za kuichunguza na kuichanganua lugha, imebainika kwamba kuna uhusiano wa ufaano kati ya miundo ya lugha na dhima yake. Huu ndio uhusiano ambao hutumiwa na wasanii kifasihi kuunganisha mifumo ya lugha inayotumika katika matini na kuafikia ruwaza zao. Hali hii inatokana na uwezo wa kufulikana kwa lugha kama chombo cha mawasiliano ambao pia unaipa lugha uwezo wa kusukwa tofauti kwa mujibu wa dhima tofauti na hivyo basi kuendeleza grafolojia. Grafolojia ni mojawapo ya viwango vya uchanganuzi wa kiisimu kimtindo. Hata hivyo, umuhimu na nafasi ya grafolojia kama kiwango cha uchanganuzi wa matini hudhihirika katika umitindo na mbinu mseto. Kwa hali hiyo, watalaam wengi wakiwemo Halliday, McIntosh na Strevens (1964) wamefanya utafiti kuhusu jinsi mchepuko wa kigrafolojia unavyoathiri ufasiri kimaana na kuzalisha athari zingine za kiujumi katika matini. Miongoni mwa vipengele vya kigrafolojia ambavyo wamevitaja kwamba vinaibua athari tofauti katika matini ni viakifishi. Ingawa uandishi wowote, uwe wa jadi au wa leo unahitaji kuzingatia matumizi mema ya viakifishi, hivi leo kumeshuhudiwa ukiukaji wa matumizi ya vipengele hivi katika shughuli za kijamii. Ni kwa ajili hii ndiposa makala haya yameandaliwa yakilenga kuchanganua aina mbalimbali za viakifishi, herufi kubwa na mchango wa alama hizi katika uimarishaji wa mawasiliano katika lugha ya Kiswahili. Aidha makala haya yametayarishwa kwa kuchanganua yaliyomo katika riwaya ya kisasa ya Mkamandume (2013) huku nadharia ya Sarufi Amilifu Mfumo (SAM) iliyoasisiwa na Halliday ikiongoza utafiti huu. / Language is an important tool in communication. In an effort to explore and analyze language, it has been observed that there is a correlation between language structures and stylistic choices. Also used by literary artists who integrate these principles of in their text, graphology is one of the standards of linguistic analysis in style. However, its importance and place as a standard for textual analysis is manifested in a variety of styles and techniques. In this context, many scholars including Halliday, McIntosh and Stevens (1964) have done research on how grammatical “abnormalities' affect interpretation and produce other metaphorical effects in texts. This article aims at analyzing the different types of signs and conventions, abbreviations, practices of capitalization and the contribution of these symbols in strengthening communication in Swahili. In addition, this article uses the content of the novel Mkamandume (2013) and refers back to the basics of 'Sarufi Amilifu Mfumo' (SAM) developed by Halliday.

L’influence des renforts nanoparticules de TiB2 (6 wt.%) sur la précipitation interfaciale de la phase (Zn1.5Cu0.5)Mg, la résistance à la traction et la fissuration sous chargement de fatigue (fatigue crack growth-FCG) des composites à matrice de Al-Zn-Mg-Cu ont été étudiées. Des échantillons de composites ont été obtenus par réaction in-situ pendant le moulage suivi d’un FSP (friction stir processing) et une extrusion à chaud. Seuls les échantillons moulés et extrudés ont été utilisés pour étude de FCG à cause de la limitation de la taille après FSP. Des observations au microscope électronique à balayage (SEM), avec la diffraction des électrons rétrodiffusés (SEM/EBSD) et au microscope électronique en transmission à haute résolution (HRSTEM) ont été réalisées pour caractériser la microstructure.Des échantillons présentent une structure des grains équi-axiaux et des nanoparticules de TiB2 sont distribuées de façon homogène dans la matrice. En état de solution solide, l’interface TiB2/Al est de nature semi-cohérente et très propre. En état de vieillissementou ou sur vieillissement, la précipitation interfacaile hétérogène de la phase (Zn1.5Cu0.5)Mg a été observée. La cinétique de la précipitation interfaciale a été discutée. Les interfaces entre Al/(Zn1.5Cu0.5)Mg/TiB2 sont quasi cohérentes et l’interface TiB2/Al a été renforcée grâce à la réduction de l’énergie de l’interface. Ce mécanisme de précipitation interfaciale peut expliquer l’effet de renforcement de l’interface contribuant simultanement l’augmentation de la résistance et de l’élongation des échatillons de composite.La majorité de nanoparticules TiB2 tentent de s’agglomérer le long des joints de grains dans des échantillons sans FSP. La vitesse de croissance de fissure a été augmentée à l’intérieur des grains avec un facteur d’intensité (ΔK) intermédiaire ou important à cause de l’affinement de grains. Cependant, la vitesse de croissance de fissure a été diminuée aux joints de grains avec (ΔK) faible ou intermédiaire à cause de la présence des clusters de TiB2 tandis que cette vitesse augmente avec (ΔK) important à cause de la coalescence des micropores. / The influences of TiB2 reinforcement nanoparticles (6 wt.%) on the interfacial precipitation of (Zn1.5Cu0.5)Mg phase, the associated tensile and fatigue crack growth (FCG) properties of the Al-Zn-Mg-Cu matrix composites have been studied. The composite samples were produced by in-situ reaction during casting followed by friction stir processing (FSP) and hot extrusion, while only casted and extruded samples were used for evaluating FCG due to size limit of the nugget zone after FSP. Scanning electron microscopy (SEM), electron backscatter diffraction (EBSD) and high-resolution scanning transmission electron microscopy (HRSTEM) were employed for the microstructure characterization.The as-processed composite samples contain the fine equiaxed-grain structure, where TiB2 nanoparticles are homogenously distributed. At solid-solution state, the TiB2/Al interfaces are featured by the clean and semi-coherent nature. At the peak-aged and overaged states, the interface precipitate determined as (Zn1.5Cu0.5)Mg phase was formed, and the underlying heterogeneous interfacial precipitation kinetics was discussed. The Al/(Zn1.5Cu0.5)Mg/TiB2 multi-interfaces were revealed to be almost coherent, and the TiB2/Al interfaces were thus strengthened due to the greatly reduced coherency strains. This mechanism was proposed as precipitation assisted interface strengthening, which has contributed to the simultaneously enhanced tensile strength and uniform elongation of the as-processed composite.The majority of TiB2 nanoparticles tend to aggregate along grain boundaries (GBs) in the composite samples without FSP. The FCG rate is increased inside grains at intermediate and high stress intensity factor (ΔK) ranges due to the refined grain size. However, the FCG rate at the GBs is decreased at the low and intermediate ΔK ranges by fatigue crack deflection and trapping due to the presence of TiB2 clusters, while it increases at the high ΔK range due to microvoid coalescence.

This master’s thesis describes an experimental program investigating the strengthening of beams of glued laminated timber with composite reinforcement. The work compares the behavior of beams reinforced with composite reinforcement with unreinforced beam and with solid timber beam. The work also deals with identifying and evaluating the physic-mechanical properties of materials.

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In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten zur Traglaststeigerung von Beton- und Stahlbetonbauteilen unter Biegebeanspruchung durch das Verstärken mit textiler Bewehrung experimentell untersucht. Nach einer ausführlichen Recherche alternativer Techniken zur Querschnittsergänzung hinsichtlich der jeweiligen Beschichtungstechnologie, Anwendbarkeit und des Bemessungsmodells wird das Verstärken mit textilbewehrtem Beton als ein vorteilhaftes Verfahren deutlich herausgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung des Materialverhaltens der beteiligten Baustoffe mit Hauptaugenmerk auf die sich verändernden Materialeigenschaften der textilen Einzelfaser mit fortschreitender Weiterverarbeitung zum Garn bis hin zu einer textilen Bewehrungsstruktur. Die experimentellen Untersuchungen wurden an Platten und Balken durchgeführt, die aus einem Beton der Festigkeitsklasse C20/25 bestanden. Die Verstärkung erfolgte mittels textiler Bewehrungen aus alkaliresistentem Glas-Textil. Der Betonstahlbewehrungsgrad der untersuchten Bauteile variierte ebenso wie die textile Bewehrungsfläche. Die Versuche werden hinsichtlich der möglichen Traglasterhöhung gegenüber unverstärkten Referenzbauteilen sowie den Verformungen, Rotationen, Dehnungen und der Rissentwicklung ausgewertet. Anschließend wird ein Bemessungsvorschlag für textil verstärkte Bauteile unterbreitet.

This study focuses on developing explicit analytical and numerical process models for mechanical micro-machining of heterogeneous materials. These models are used to select suitable process parameters for preparing and micro-machining of these advanced materials. The material system studied in this research is Magnesium Metal Matrix Composites (Mg-MMCs) reinforced with nano-sized and micro-sized silicon carbide (SiC) particles. This research is motivated by increasing demands of miniaturized components with high mechanical performance in various industries. Mg-MMCs become one of the best candidates due to its light weight, high strength, and high creep/wear resistance. However, the improved strength and abrasive nature of the reinforcements bring great challenges for the subsequent micro-machining process. Systematic experimental investigations on the machinability of Mg-MMCs reinforced with SiC nano-particles have been conducted. The nanocomposites containing 5 Vol.%, 10 Vol.% and 15 Vol.% reinforcements, as well as pure magnesium, are studied by using the Design of Experiment (DOE) method. Cutting forces, surface morphology and surface roughness are characterized to understand the machinability of the four materials. Based on response surface methodology (RSM) design, experimental models and related contour plots have been developed to build a connection between different materials properties and cutting parameters. Those models can be used to predict the cutting force, the surface roughness, and then optimize the machining process. An analytical cutting force model has been developed to predict cutting forces of MgMMCs reinforced with nano-sized SiC particles in the micro-milling process. This model is iv different from previous ones by encompassing the behaviors of reinforcement nanoparticles in three cutting scenarios, i.e., shearing, ploughing and elastic recovery. By using the enhanced yield strength in the cutting force model, three major strengthening factors are incorporated, including load-bearing effect, enhanced dislocation density strengthening effect and Orowan strengthening effect. In this way, the particle size and volume fraction, as significant factors affecting the cutting forces, are explicitly considered. In order to validate the model, various cutting conditions using different size end mills (100 µm and 1 mm dia.) have been conducted on Mg-MMCs with volume fraction from 0 (pure magnesium) to 15 Vol.%. The simulated cutting forces show a good agreement with the experimental data. The proposed model can predict the major force amplitude variations and force profile changes as functions of the nanoparticles’ volume fraction. Next, a systematic evaluation of six ductile fracture models has been conducted to identify the most suitable fracture criterion for micro-scale cutting simulations. The evaluated fracture models include constant fracture strain, Johnson-Cook, Johnson-Cook coupling criterion, Wilkins, modified Cockcroft-Latham, and Bao-Wierzbicki fracture criterion. By means of a user material subroutine (VUMAT), these fracture models are implemented into a Finite Element (FE) orthogonal cutting model in ABAQUS/Explicit platform. The local parameters (stress, strain, fracture factor, velocity fields) and global variables (chip morphology, cutting forces, temperature, shear angle, and machined surface integrity) are evaluated. Results indicate that by coupling with the damage evolution, the capability of Johnson-Cook and Bao-Wierzbicki can be further extended to predict accurate chip morphology. Bao-Wierzbiki-based coupling model provides the best simulation results in this study. v The micro-cutting performance of MMCs materials has also been studied by using FE modeling method. A 2-D FE micro-cutting model has been constructed. Firstly, homogenized material properties are employed to evaluate the effect of particles’ volume fraction. Secondly, micro-structures of the two-phase material are modeled in FE cutting models. The effects of the existing micro-sized and nano-sized ceramic particles on micro-cutting performance are carefully evaluated in two case studies. Results show that by using the homogenized material properties based on Johnson-Cook plasticity and fracture model with damage evolution, the micro-cutting performance of nano-reinforced Mg-MMCs can be predicted. Crack generation for SiC particle reinforced MMCs is different from their homogeneous counterparts; the effect of micro-sized particles is different from the one of nano-sized particles. In summary, through this research, a better understanding of the unique cutting mechanism for particle reinforced heterogeneous materials has been obtained. The effect of reinforcements on micro-cutting performance is obtained, which will help material engineers tailor suitable material properties for special mechanical design, associated manufacturing method and application needs. Moreover, the proposed analytical and numerical models provide a guideline to optimize process parameters for preparing and micro-machining of heterogeneous MMCs materials. This will eventually facilitate the automation of MMCs’ machining process and realize high-efficiency, high-quality, and low-cost manufacturing of composite materials.

This thesis deals with the subject of lateral bracing between the bottom flanges of I-girder composite bridges. The focus is on the impact of adding lateral bracing on existing bridges, as well as on new bridges. Experience and knowledge from bridge projects around the world are investigated and implemented in the evaluation of the research subject. Many existing bridges are in need of being strengthened or replaced, due to the increased traffic volume and heavier traffic loads. Different approaches can be used to prolong the lifetime of existing bridges. The approach is different depending on the cause, but for increasing the lifetime regarding fatigue some of the most suitable options are described in this thesis. A proposed concept is presented, in this thesis, along with some research questions to be answered. The use of lateral bracings in composite bridges varies between different parts of the world. In one country it can be a requirement/common praxis for long span composite bridges with two I-girders, in other countries there are no requirements of using them. Some parts of these regulations and requirements can be traced back to the tradition in both manufacturing and construction of this type of bridges. This thesis investigates how lateral bracing is used around the world to distribute eccentric loads between primary longitudinal structural members, provide resistance to lateral loads, and to permit an existing two-girder structural system to be retrofitted to behave similarly to an often more expensive closed steel box girder. Furthermore, several case studies have been conducted to investigate the impact on the structural behavior of composite bridges where a lateral bracing is implemented in the structure. The results from these case studies are presented in the thesis and show the advantages of the quasi-box section for which the lateral bracing is closing the composite cross section. By making the I-girder composite cross section acting more like a box-section, the distribution of eccentric loads between the girders is improved. The impact on longitudinal stresses from traffic loads and the additional effects on internal sectional parts are also evaluated and discussed. Furthermore, proposals of the connection design for lateral bracings in existing bridges are suggested. Finally, conclusions from the results are stated.

Die statischen Defizite von Bestandsbauwerken im Hoch- und Ingenieurbau nehmen aufgrund ihres Alters, den normativen Änderungen der Regelwerke, den steigenden Verkehrslasten im Straßenverkehr sowie einer möglichen Umnutzung gegenüber der ursprünglichen Verwendung im Hochbau, zu. Das Verstärken von Stahlbetonbauteilen mit Carbonbeton hat sich dabei in den letzten Jahrzehnten aufgrund der positiven Eigenschaften der Carbonbewehrung zu einer effektiven und dauerhaften Lösung im Bestandsbau etabliert. Hierbei sind neben der hohen Zug- und Ermüdungsfestigkeit auch die Dauerhaftigkeit der Carbonfasern hervorzuheben. Mit sehr dünnen Schichtstärken von wenigen Zentimetern können dabei die Bauteile bzw. Bauwerke nachhaltig verstärkt und eine Weiternutzung sichergestellt werden. Die in Deutschland aktuell geltende allgemein bauaufsichtliche Zulassung / allgemeine Bauartgenehmigung „CARBOrefit“ ermöglicht schon jetzt eine geregelte und anerkannte Verstärkung von Stahlbetonbauteilen mit Defizit in der Biegezugzone. Durchgeführte wissenschaftliche Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten von Bauteilen mit Carbonbetonverstärkung können genutzt werden, um den Anwendungsbereich der Zulassung zu vergrößern und so Bestandsbauwerke vor dem Abriss zu schützen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche statische und zyklische Querkraftversuche an Stahlbetonbauteilen ohne und mit Carbonbetonverstärkung durchgeführt. Zu Beginn der Arbeit wurde der Stand des Wissens zum Querkrafttragverhalten von Stahlbetonbauteilen beschrieben. Neben den Unterschieden beim Tragverhalten von Bauteilen im Zustand I und Zustand II sind die unterschiedlichen Tragmechanismen und die einzelnen Traganteile von Bauteilen ohne und mit Schubbewehrung beschrieben. Die dabei relevanten Versagensarten und bekannten Ansätze zur Abbildung der Querkrafttragfähigkeit werden ebenso aufgezeigt, wobei bis heute keine einheitliche Bewertung der Traganteile stattfindet. Aufbauend auf der Darstellung der maßgebenden Einflussfaktoren (u. a. Schubschlankheit, Maßstabeinfluss, Längsbewehrungsgrad) auf das Querkrafttragverhalten, sind die für diese Arbeit relevanten normativen und wissenschaftlichen Querkraftmodelle ausgearbeitet. Bedingt durch das komplexe Querkrafttragverhalten von Stahlbetonbauteilen erfolgen eine umfangreiche Darstellung von praxistauglichen Verstärkungsmethoden für Bauteile mit Querkraftdefizit und der aktuelle Stand zum Carbonbeton unter statischer und zyklischer Belastung. Darauf aufbauend werden für die Versuchsnachrechnung die bekannten Ingenieurmodelle für querkraftverstärkte Bauteilen mit Carbonbeton beschrieben. Hierbei konnte festgestellt werden, dass das Querkrafttragverhalten von Bauteilen ohne und mit Verstärkung von Forschern unterschiedlich beschrieben wird und die vorgeschlagenen Modelle keine Übereinstimmung mit den durchgeführten Querkraftversuchen zeigen. Für die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Bauteilgeometrien werden die Bemessungsschritte sowie die Herstellung und die Verstärkung beschrieben. Hierbei werden auch die Vorgehensweisen zur Ermittlung der Eigenschaften der verwendeten Materialen: Beton, Betonstahl, Carbonbewehrungen und Feinbeton aufgezeigt. Die durchgeführten statischen und zyklischen Querkraftversuche mit Carbonbetonverstärkung, bei denen sowohl Biege- als auch Schubversagen beobachtet werden konnten, erreichten Traglaststeigerungen von bis zu 50 %. Bei den verstärkten Bauteilen der Serie PB-S konnte dabei ein neuartiges, bisher kaum erforschtes Bauteilversagen infolge zu hoher Schubbeanspruchung beobachtet werden. Hierbei kommt es zum Ablösen der Verstärkungsschicht vom Altbetonquerschnitt. Bei den zyklischen Bauteilversuchen konnte festgestellt werden, dass eine zyklische Querkraftbeanspruchung die Tragfähigkeit eines Stahlbetonbauteils signifikant reduziert. Bei den verstärkten, zyklisch beanspruchten Bauteilen konnten die gleiche Tragfähigkeit und Versagensart der statischen Referenzbauteile beobachtet werden. Der Vergleich der rechnerischen mit den experimentellen Tragfähigkeiten der statischen Querkraftversuche wird mit folgenden normativ verankerten Modellen durchgeführt: - fib Model Code 2010, - Eurocode 2 / DIN EN 1992-1-1 (mit nationalem Anhang), - Entwurfsversion des zukünftigen Eurocode 2 und - ACI-318. Die rechnerischen Tragfähigkeiten unterschätzen deutlich, auf der sicheren Seite liegend, die experimentelle Traglast. Die wissenschaftlichen Modelle von Görtz und Herbrand bilden die Querkrafttragfähigkeit besser ab. Der Ansatz von Herbrand bildet die Querkrafttragfähigkeiten von Stahlbetonbauteilen am reellsten ab. Die Nachrechnungen der experimentellen Traglasten mit Carbonbeton-Verstärkung nach Brückner und Escrig zeigen eine ungenügende Abbildung der einzelnen Traganteile auf. Für beide Ansätze wird der Traganteil der Bügelbewehrung nach EC2 bestimmt. Dieser geregelte Ansatz unterschätzt die durchgeführten Bauteilversuche ohne Verstärkung um den Faktor ~2,5. Die Modelle und für den Querkrafttraganteil der Carbonbetonverstärkung basieren auf der Annahme, dass die Zugfestigkeit der Carbongitter voll ausgenutzt werden kann. Bei den durchgeführten Versuchen wurden diese Gitter jedoch nicht in der Druckzone verankert und bis auf eine Konfiguration auch nur seitlich (II) am Plattensteg angeordnet. Hierbei konnte eine neuartige Versagensart mit Ablösen der Verstärkungsschicht vom Altbeton beobachtet werden, welche nicht mit den Annahmen der beiden Modelle übereinstimmt. Aufgrund der nicht Berücksichtigung der neuartigen Versagensart überschätzen beide Ansätze die durchgeführten Versuche dieser Arbeit. Die abschließenden Begrenzungen der einwirkenden Schubbeanspruchung τ auf die einaxiale Betonzugfestigkeit f1,ctm* des verstärkten Gesamtquerschnittes scheinen für die im Rahmen der der Arbeit durchgeführten Bauteilversuche zielführend zu sein, da hiermit der augenscheinlich begrenzende Versagensmechanismus „Ablösen der Verstärkungsschicht“ berücksichtigt werden kann.

The aging infrastructure worldwide and the typical increase in service loads relative to original design loads make it essential to develop effective techniques for strengthening and rehabilitating existing structures, to enhance their resistance. An effective method for strengthening existing steel I-beams is to weld either one or two cover plates to the flange(s). In many cases, it is not feasible to completely unload the beam before carrying out the strengthening procedure. In these conditions, operators resort to strengthen beams while under loading. In such scenarios, it becomes a challenging task to assess the lateral torsional buckling (LTB) capacity of the member under present steel design standards (e.g., CAN/CSA-S16 2019 and ANSI/AISC360 2022) which do not consider the effect of pre-strengthening loads on LTB resistance. Within this context, the present study investigates the effects of pre-strengthening loads on the critical moment capacity by developing a series of solutions, ranging from elaborate and accurate to simplified but approximate, to predict the elastic LTB capacity of beams strengthened with cover plate(s) while under load. In this respect, the study contributes to the existing body of knowledge through four aspects: In the first contribution, a shell-based finite element (FE) study is developed to analyze the effect of various geometric and loading parameters on the LTB capacity of doubly symmetric beams strengthened symmetrically with two cover plates. The study carefully simulates the entire history, including the application of pre-existing loads, clamping forces to align the initially straight steel cover plates with the bent beam configuration, the rebound effect arising after clamping force removal, the contact at the interfaces between cover plates and flanges induced by welding, and the application of post-strengthening loads up to the point of elastic LTB initiation for the strengthened system, as determined by eigenvalue analysis. A simplified design equation is then proposed to quantify the post-strengthening critical moment capacity. The validity of the equation is assessed against FE results and its merits and limitations are discussed. The study shows that web distortional effects play a crucial role in reducing the elastic critical moment capacity. Practical recommendations are provided to mitigate such distortional effects and hence maximize the elastic critical moment capacity of the strengthened beams. The second contribution formulates a variational principle for the LTB analysis of doubly symmetric beams strengthened symmetrically with identical steel cover plates. The formulation considers the full sequence of loading and strengthening and captures the effects of pre-strengthening loads and the beneficial effects of pre-buckling deformation (PBD). The study examines the effect of geometry, partial strengthening schemes, presence of different pre- and post-strengthening load patterns, and load height effects. The variational principle is subsequently used to develop a FE formulation, culminating in a quadratic eigenvalue problem. The validity of the FE formulation is assessed through comparisons with other numerical techniques predictions as well as experimental results by others, and subsequently used to conduct a parametric study to characterize the gain in elastic critical moment capacity attained by cover plate strengthening. For beams partly strengthened with cover plates along their spans, the study identifies the optimum locations for cover plates that maximize the critical moments. The third contribution builds upon the variational principle developed by formulating a simple and approximate energy-based design-oriented solution to quantify the LTB resistance of simply supported I-beams strengthened with cover plates. The solution captures the detrimental effect of loads acting on the beam before strengthening and the beneficial effects resulting from PBD, pre- and post-strengthening load heights, as well as moment gradient effects. The potential use of the equations developed in practical applications involving beam strengthening is illustrated through design examples. The fourth contribution expands the variational formulation to include beams with monosymmetric cross-sections and/or symmetric beams with unsymmetric cover plate geometries. The modified variational principle is used to develop a thin-walled beam FE formulation, which is subsequently employed to predict the non-distortional LTB capacity of monosymmetric strengthened beams. Comparative analyses with shell models confirm the validity of the proposed solutions, and practical design recommendations for suppressing web distortion are provided. The effects of various design parameters on the total elastic critical moment capacity are evaluated in a systematic parametric study. The study identifies the loading conditions under which the magnitude of pre-strengthening loads significantly influences the predicted total critical moments. The solutions developed in the present study equip structural designers and analysts with novel techniques that reliably quantify the LTB strength of steel beams strengthened with cover plates, thus enabling them to optimize strengthening strategies for beams whose strengths are governed by LTB modes of failure.