Andreas Taras: Katalogdaten im Herbstsemester 2022

NameHerr Prof. Dr. Andreas Taras
LehrgebietStahl- und Verbundbau
Adresse
Professur Stahl- und Verbundbau
ETH Zürich, HIL D 36.1
Stefano-Franscini-Platz 5
8093 Zürich
SWITZERLAND
Telefon+41 44 633 45 52
E-Mailtaras@ibk.baug.ethz.ch
DepartementBau, Umwelt und Geomatik
BeziehungOrdentlicher Professor

NummerTitelECTSUmfangDozierende
101-0007-01LEntwurf/Projektarbeit3 KP3SA. Taras, F. Ortiz Quintana
KurzbeschreibungAn einem selber zu entwerfenden Tragwerk wird der ganzheitliche Ansatzes des Entwurfs geübt mit parallelem und iterativem Arbeiten auf verschiedenen Detaillierungsebenen. Sowohl Anforderungen als auch Handlungsspielraum werden von den Studierenden selber erarbeitet und einer Lösung zugrunde gelegt. Eigenverantwortliche Organisation der Gruppenmitglieder um komplexe Aufgaben lösen zu können.
LernzielDie Projektarbeit Entwurf vermittelt einen ersten Eindruck der ganzheitlichen Vorgehensweisen zur Bearbeitung typischer Problemstellungen der Bauingenieurwissenschaften und führt die Studierenden in das professionelle Arbeiten als Bauingenieur/Bauingenieurin ein.
Sie hat damit auch zum Ziel, das bis dahin im Bachelor-Studium erworbene Wissen zu konsolidieren, die einzelnen erlernten Bereiche mit einander zu verknüpfen und Lücken, insbesondere bei Arbeitstechniken zu schliessen.
Die Studierenden analysieren den Bestand, formulieren die Entwurfsanforderungen und -randbedingungen, erarbeiten Lösungsansätze und -vorschläge, bemessen exemplarisch einzelne Bauteile, üben die konstruktive Durchbildung und dokumentieren ihre Arbeit mit verschiedenen Medien.
InhaltThemen:
Bestandesanalyse, Gestaltung Poster, Grundlagen der Plandarstellung, Nutzungsvereinbarung und Projektbasis, Tragwerksentwurf und Modellbildung, Vordimensionierung, Planbearbeitung und Modellbau, Materialisierung und Detaillierung, Literaturrecherchen und wissenschaftliches Zitieren.

Methodik:
Exkursion mit Auftrag, Vorlesungen, selbständiges Arbeiten, Postersession, Rollenspiel, Workshop, exemplarische Besprechungen im Plenum.

Abgabeleistungen:
Poster, Skizzen, Nutzungsvereinbarung und Projektbasis, statische Berechnung, Pläne, Modell.
SkriptAutografieblätter zum Vorlesungsstoff.
LiteraturNormen SIA 260, 261, 400
101-0121-00LFatigue and Fracture in Materials and Structures
Findet dieses Semester nicht statt.
4 KP3GA. Taras
KurzbeschreibungThe fundamentals in fatigue and fracture mechanics, which are used in different engineering disciplines (e.g., for mechanical, aerospace, civil and material engineers) will be discussed. The focus will be on fundamental theories (based on fracture mechanics) that model fatigue damage and crack propagation.
LernzielIn this course, the students will learn:
• Mechanisms of fatigue crack initiations in materials.
• Linear elastic and elastic-plastic fracture mechanics.
• Modern computer-based techniques (using ABAQUS Finite Element Package) to simulate cracks in both bulk materials and bonded joints/interfaces.
• Laboratory fatigue and fracture tests on details with cracks.
InhaltThe course starts with a discussion on the importance of fatigue and fracture in different engineering disciplines such as mechanical, aerospace, civil and material engineering domains. The preliminary topics that are covered in this course are:

I) Fatigue of materials:
• Mechanisms of fatigue crack initiation in (ductile and brittle) metals.
• Crack initiation under uni-axial high-cycle fatigue (HCF) loadings: Wöhler (S-N) curves, constant life diagram approach (mean-stress effects), rainflow analysis and Miner's damage rule.
• Crack initiation under multi-axial HCF loadings: multi-axial fatigue mechanisms, critical plane approach (critical distance theory), equivalent stress approach, proportional and non-proportional loading.

II) Fracture mechanics:
• ELinear elastic fracture mechanics (LEFM): limits of LEFM, stress intensity factors, crack opening displacement, mixed-mode fracture, etc.
• Elastic-plastic fracture mechanics: Irwin and Dugdale models, plastic zone shapes, crack-tip opening displacement and J-integral.
• Fatigue crack growth (FCG): FCG models, Paris' law, cyclic plastic zones, crack closure effects. This also includes FE modeling of the FCG and laboratory tests (at Empa).

III) Introduction to cohesive zone models (CZMs):
• Advantages and disadvantages of CZMs compared to fracture mechanics.
• Different bond-slip models for the bonded joints/interfaces.

IV) Computer laboratory to simulate cracks and debonding problems:
• Finite Element (FE) modeling of complex details with cracks.
• FE simulations of debonding problems using CZMs.
• Computer laboratory: FE training and exercises using (the student edition of) the ABAQUS FE Package.

V) Introduction to fatigue and fracture design in civil structures. Different methods for fatigue strengthening will be disscussed.

VI) Visits to the Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) in Dübendorf, and “Laboratory Competition”. The students will:
• Visit different small-scale and large-scale fatigue testing equipment.
• Get to know different ongoing fatigue- and fracture-related projects.
• Witness and help to conduct a fatigue test on a steel plate with a pre-crack and a fracture test on an adhesively-bonded joint.
• Compare the experimental results with their own calculations (from the fracture theories).
• “Laboratory Competition” at Empa: the students with the closest predictions will win the “Empa Laboratory Competition” and will be awarded by a prize.
SkriptLectures are based on the lecture slides and the handouts, which will be given to the students during the semester.
Literatur1. Schijve J. “Fatigue of Structures and Materials”, 2008: New York: Springer.
2. Anderson T.L. “Fracture Mechanics - Fundamentals and Applications”, 3rd Edition, Taylor & Francis Group, LLC. 2005.
3. Budynas R.G., Nisbett J.K. “Shigley's Mechanical Engineering Design”, 2008, New York: McGraw-Hill.
Voraussetzungen / BesonderesNote 1: A basic knowledge on mechanics of structures and structural analysis (i.e., stress-strain analysis and calculations of internal deformations, strains and stresses within structures) is recommended and will be helpful in the course.

Note 2: Laboratory demonstrations and fatigue/fracture tests at the Structural Engineering Research Laboratory of Empa in Dübendorf. This includes laboratory tours and showcasing the Empa large-scale 7-MN fatigue testing machine for bridge cables, different fatigue and fracture testing equipment for structural components, etc.
101-0135-01LStahlbau II4 KP4GA. Taras
KurzbeschreibungTheoretische Grundlagen und konstruktive Aspekte der Planung und Ausführung von Stahl- und Verbundtragwerken. Mehrgeschossiger Hochbau und Brückenbau. Systemberechnung und Detailnachweise bei Verbundtragwerken. Beultragfähigkeit einfacher und ausgesteifter Beulfelder. Ermüdung und Betriebsfestigkeit. Konstruktion, Fertigung, Montage, Kalkulation.
LernzielDie Studierenden sollen die in "Stahlbau I" kennengelernten Grundlagen der Bemessung von Tragwerken ausbauen und lernen, wie man diese auf komplexere Tragwerke des Hoch- und Brückenbaus anwendet. Das theoretische Basiswissen zu den Phänomenen des Beulens und der Ermüdung werden kennengelernt und praktisch umgesetzt. Zudem lernen die Studierenden, wie man Belange der Konstruktion, Fertigung, Montage und Kalkulation in die Planung einfliessen lässt.

Nach Abschluss des Jahreskurses Stahlbau I+II verfügen die Studierenden damit über ein breitgefächertes sowie detailliertes Wissen zur aktuellen Praxis der Stahlbauplanung und ihrer theoretisch/wissenschaftlichen Grundlagen. Durch die vermittelten Einblicke in die aktuelle Forschung und Normungstätigkeit werden die Studierenden auch über laufende Entwicklungen informiert und lernen, wie diese in ihre zukünftige Praxis einfliessen.
InhaltDie Lehrveranstaltung Stahlbau II ergänzt den in Stahlbau I gelernten Stoff um wichtige theoretische Grundlagen, zum Beispiel zur Ermüdung und zum Beulen von Stahlkonstruktionen sowie zur Systemberechnung von komplexeren Geschoss- und Brückentragwerken der Stahl- und Verbundbauweise. Diese theoretischen Grundlagen werden anhand von Problemstellungen im Brückenbau und Geschossbau veranschaulicht. Schliesslich werden detaillierte Kenntnisse zur praktischen Planung, Fertigung, Montage und Kostenkalkulation im Stahlbau vermittelt.

Themenübersicht:
- Bauweisen, Tragsysteme und Modellbildung im mehrgeschossigen Hochbau und Brückenbau.
- Verformungs-, Schnittgrössen und Spannungsberechnung bei Verbundträgern unter Berücksichtigung von Kriechen, Schwinden und Schubverzerrungen.
- Elastische Längsschubkraftbemessung bei Verbundträgern
- Beultragfähigkeit einfacher und ausgesteifter Beulfelder
- Ermüdung und Betriebsfestigkeit: Phänomen und Nachweisformate
- Spezielle Detailpunkte
- Konstruktion, Fertigung, Montage, Aspekte der Stahlbaukalkulation
SkriptFolien- und Textskript zur Vorlesung. Ausgearbeitete Beispiele mit zusammenfassendem Theorieteil. Hilfsblätter und Formelsammlungen. Vorlesungsvideos.
Literatur- J.-P. Lebet, M. Hirt: Steel Bridges, Conceptual and Structural Design of Steel and Steel-Concrete Composite Bridges, EPFL Press
- Stahlbaukalender (verschiedene Jahrgänge), Ernst & Sohn, Berlin
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Vorausgesetzt wird der Inhalt der Vorlesung Stahlbau I.
101-0137-00LSteel Structures III: Advanced Steel and Composite Structures3 KP2GA. Taras, U. Angst
KurzbeschreibungVertiefen/Erweitern der theoretischen Grundlagen und konstruktiven Aspekte der Planung und Ausführung im Stahl- und Verbundbau. Spezielle Verbundbauteile und Nachweise. Teilverbund. Gebrauchstauglichkeit (Rissbildung, Schwingungen). Brand/Brandschutz, Feuerwiderstandberechnungen. Profilbleche und Kaltprofile. Kranbahnträger, Maste, Behälter. Glasbau und Leichtbau.
LernzielDie Studierenden vertiefen und erweitern in Stahlbau III die vorhandenen theoretischen Grundlagen und Kenntnisse der konstruktiven Belange des Stahlbaus und Verbundbaus. Der Fokus der Lehrveranstaltung liegt auf dem modernen, mehrgeschossigen Stahl- und Verbundhochbau sowie auf Spezialanwendungen des Stahlbaus. Die Studierenden lernen, wie komplexe Aufgaben der Tragwerksplanung im architektonisch geprägten Hochbau gelöst werden können, u.A. durch die Wahl von weitspannenden Flachdecken und extra-schlanken Stützen der Verbundbauweise, durch die Anwendung von tragenden Glaselementen und die Verwendung von Seilen. Sie lernen, wie sich Stahltragwerke bei Brandeinwirkung verhalten und wie sie gegen dieses Szenario zu schützen und zu bemessen sind. Schliesslich setzen sich die Studierenden mit speziellen Bauweisen auseinander (Kranbahnträger, Maste, Behälter), welche besondere Beanspruchungen aufnehmen und mit speziellen Berechnungsverfahren behandelt werden müssen.

Durch die vermittelten Einblicke in die aktuelle Forschung und Normungstätigkeit werden die Studierenden auch über laufende Entwicklungen informiert und lernen, wie diese in ihre zukünftige Praxis einfliessen.
InhaltIn Stahlbau III werden vertiefte theoretischen Grundlagen und Kenntnisse der konstruktiven Belange des Stahl-und Verbundbaus vermittelt, mit einem speziellen Fokus auf dem modernen, architektonisch geprägten Stahl- und Verbundhochbau sowie auf Spezialanwendungen des Stahlbaus. Es wird das Tragverhalten und die Bemessung spezieller Elemente der Verbundbauweise behandelt, swie z.B. Slim-Floor-Träger, ultraschlanke Verbundstützen sowie spezielle Verundanschlüsse. Zudem werden spezielle Themen der Gebraustauglichkeitsnachweise (Schwingungen, Rissbildung) und die Brandbemessung (Heissbemessung) behandelt. Im Kurs werden die Grundlagen des konstruktiven Glasbaus und Leichtbaus (Bauen mit Seilen und Membranen) behandelt. Schliesslich werden spezielle Bauteile und Bauweisen behandelt: Kranbahnträger, Maste, Behälter.
SkriptFolien und Skript. Ausgearbeitete Beispiele. Studienblätter und Formelsammlungen.
LiteraturStahlbaukalender (verschiedene Ausgaben), Ernst + Sohn, Berlin
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Stahlbau I und II
101-1187-00LKolloquium Baustatik und Konstruktion0 KP2KA. Taras, E. Chatzi, A. Frangi, W. Kaufmann, B. Stojadinovic, B. Sudret, M. Vassiliou
KurzbeschreibungDas Institut für Baustatik und Konstruktion (IBK) lädt Professoren in- und ausländischer Hochschulen, Fachleute aus Praxis & Industrie oder wissenschaftliche Mitarbeiter des Institutes als Referenten ein. Das Kolloquium richtet sich sowohl an Hochschulangehörige, als auch an Ingenieure aus der Praxis.
LernzielNeue Forschungsergebnisse aus dem Fachbereich Baustatik und Konstruktion kennen lernen.