Adaptive Tragwerke - Versionsgeschichte

LSchwegmann am 28. März 2023 um 10:58 Uhr

2023-03-28T10:58:05Z

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	Als '''adaptive Tragwerke''' (von lateinisch ''adaptare'' "anpassen") bezeichnet man Systeme, die in der Lage sind, sich ihrer Umgebung und den äußeren Einflüssen anzupassen und auf diese angemessen zu reagieren. Es entsteht in gewisser Weise ein Wechselspiel zwischen der Umgebung und dem Tragwerk selbst, welches zu einer Optimierung von vorher festgelegten Eigenschaften und Zielen führt.		Als '''adaptive Tragwerke''' (von lateinisch ''adaptare'' "anpassen") bezeichnet man Systeme, die in der Lage sind, sich ihrer Umgebung und den äußeren Einflüssen anzupassen und auf diese angemessen zu reagieren. Es entsteht in gewisser Weise ein Wechselspiel zwischen der Umgebung und dem Tragwerk selbst, welches zu einer Optimierung von vorher festgelegten Eigenschaften und Zielen führt. Ziel solcher Tragwerksentwürfe ist es, dass das System mittels aktiver Elemente in der Lage ist, auf unterschiedliche Situationen und Lastfälle zu reagieren und sich anzupassen. Durch die Integration aktiver Elemente können in der Bemessung auftretende Steifigkeitsprobleme in Festigkeitsprobleme überführt werden. Hier ergibt sich ein entscheidender Vorteil hinsichtlich Masseneinsparung, sodass Überdimensionierungen verhindern werden können.

	~~Die Grundlage~~ der ~~adaptiven Tragwerke bildet~~ der ~~'''Leichtbau''' (vor allem~~ der ~~Struktur~~- und ~~Systemleichtbau). Seit mehreren Jahren wurden Bauwerke immer schlanker und leichter konstruiert~~, ~~dadurch stoßen sie jedoch an einige Grenzen. Infolge~~ der ~~Gewichtsreduzierung ist dann nicht mehr das Eigengewicht selbst~~ der ~~maßgebende Lastfall~~, sondern folglich die äußeren Einflüsse aus den veränderlichen Lasten. Vor allem nehmen die Schnee- und Windlasten gegenüber dem sehr geringen Eigengewicht einen großen Einfluss. Durch diesen “neuen“ Grenzfall müssen Tragwerke somit weiter optimiert werden.		Der Ursprung solcher Systeme ist auf die Natur zurückzuführen. Chamäleons sind in der Lage, sich farblich ihrer Umgebung anzupassen, um sich vor Feinden zu schützen. Dieses Prinzip der Anpassung kann auch die Technik übertragen werden. Bereits in der Luft- und Raumfahrt Technik, in der Automobilbranche und auch in der Optik lassen sich unterschiedliche adaptive Systeme wiederfinden (automatisch einfahrbare Tragflächen Flugzeug, adaptive Fahrwerke, adaptive Optik).

	Allgemein werden adaptive Systeme ~~dabei~~ unterschieden in ~~passive~~ und ~~aktive Adaption~~. Teilweise wird in der Wissenschaft auch von Hybridsystemen gesprochen.<br />		Die Idee adaptiver Tragwerke im Bauwesen besteht darin, Material einzusparen und durch externe Energie zu "ersetzen".
			Allgemein werden adaptive Systeme unterschieden in: aktiv und passiv. Teilweise wird in der Wissenschaft auch von Hybridsystemen gesprochen.<br />


	==Ziele und Gründe für Adaption==		==Ziele und Gründe für Adaption==

	Mit Blick auf ~~einen zukünftigen Materialmangel~~ und ~~notwendiger Energieeinsparung (vgl~~. ~~auch Klimawandel) sind demnach sowohl ökologische~~ als ~~auch ökonomische Gründe neben den konstruktiven Vorteilen nicht zu vernachlässigen~~. Ressourcenschonendes und wirtschaftliches Entwerfen und Konstruieren von Bauwerken ~~sind~~ schon immer ein Bestreben im Ingenieurwesen gewesen und gewinnen ~~zukünftig~~ noch mehr an Bedeutung.		Mit Blick auf die aktuellen sozialen Probleme wie die Entwicklung der wachsenden Weltbevölkerung, der herrschender Materialknappheit und dem Klimawandel ist ein Umbruch vor allem in der Baubranche zwingend notwendig. Die Baubranche macht derzeit mehr als 50% der globalen Ressourcennutzung und rund 1/3 der globalen CO2 Emissionen aus. Ressourcenschonendes und wirtschaftliches Entwerfen und Konstruieren von Bauwerken waren schon immer ein Bestreben im Ingenieurwesen gewesen und gewinnen aktuell und in Zukunft noch mehr an Bedeutung. Dafür sind neue Entwurfsansätze zwingend notwendig.
	~~Vor allem aber auch in der Erdbebenforschung ist der Einsatz von steuerbaren bzw. adaptiven Systemen von großer Bedeutung, wenn es darum geht diese extrem hohen Lasten abzutragen.~~
	~~Durch die Optimierung von Bemessungsansätzen und Konstruktionen~~ adaptiver Tragwerke ~~sind~~ folgende ~~Ziele anzustreben~~ <ref name = "Q1"> Pawlowski, Robert: Adaptive Dachtragwerke – Entwicklung eines Entwurfsverfahrens – Betrachtung ausgewählter Aspekte. Dissertation: Technische Universität München, 2006 </ref>:		Mittels adaptiver Tragwerke können folgende Optimierungsziele verfolgt werden: <ref name = "Q1"> Pawlowski, Robert: Adaptive Dachtragwerke – Entwicklung eines Entwurfsverfahrens – Betrachtung ausgewählter Aspekte. Dissertation: Technische Universität München, 2006 </ref>:
	*Verringerung von Verformungen		*Verringerung von Verformungen
	*Höhere Tragfähigkeiten		*Höhere Tragfähigkeiten
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	*Größere Spannweiten und höhere Konstruktionen		*Größere Spannweiten und höhere Konstruktionen
	*Mehr Komfort bei der Nutzung (bezogen auf die Raumqualität und Adaption von Fassaden)		*Mehr Komfort bei der Nutzung (bezogen auf die Raumqualität und Adaption von Fassaden)
			*Verlängerung der Lebensdauer

	=Systemübersicht und Elemente=		=Systemübersicht und Elemente=
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	Solche Systeme bestehen allgemein aus den folgenden drei Komponenten:		Solche Systeme bestehen allgemein aus den folgenden drei Komponenten:

	*'''Sensoren:''' zur Messung äußerer Einflüsse oder systeminterner Zustände (z.B. Dehnungsmessstreifen usw.)		*'''Sensoren:''' zur kontinuierlichen Messung äußerer Einflüsse oder systeminterner Zustände (z.B. Dehnungsmessstreifen usw.)
	*'''Steuerung und Regelung:''' ~~gibt Rückmeldung über Systemantwort~~		*'''Steuerung und Regelung:''' Verarbeitung der von den Sensoren gemessenen Information und Weitergabe an Aktuatoren
	*'''Aktuatoren:''' ~~Verbindungsglieder zwischen Regelung und technischem Prozess~~ (z.B. ~~pneumatische oder hydraulische Aktuatoren usw.~~)		*'''Aktuatoren:''' Ausführungselement der notwendigen Adaption (z.B. Hydraulikzylinder)

	~~Die Adaption und bereits erwähnte Wechselwirkung, die zur Anpassung an die Einwirkungen geschieht, wird durch einen Vorgang bzw. Algorithmus gesteuert.~~

	==Sensoren==		==Sensoren==

	Den Sensoren ist die Aufgabe der Übertragung von Informationen zuzuordnen. Sie sind in der Lage, Veränderungen der Systemeinflüsse wahrzunehmen und den internen Zustand des Systems zu messen.<ref name = "Q3"> Teuffel, Patrick: Entwerfen adaptiver Strukturen, Lastpfadmanagement zur Optimierung tragender Leichtbaukonstruktionen. Dissertation: Universität Stuttgart, 2004 </ref> Ein Sensor ist somit das erste Element in der Reihenfolge adaptiver Systeme. Im Allgemeinen erzeugen die Sensoren ein elektrisches Ausgangssignal, welches an die Steuerung bzw. Regelung weitergegeben wird. Dort wird es verarbeitet, umgewandelt und dann an die Aktuatoren des Systems weitergeleitet. <ref name = "Q4">		Den Sensoren ist die Aufgabe der Übertragung von Informationen zuzuordnen. Sie sind in der Lage, Veränderungen der Systemeinflüsse wahrzunehmen und den internen Zustand des Systems kontinuierlich zu messen.<ref name = "Q3"> Teuffel, Patrick: Entwerfen adaptiver Strukturen, Lastpfadmanagement zur Optimierung tragender Leichtbaukonstruktionen. Dissertation: Universität Stuttgart, 2004 </ref> Ein Sensor ist somit das erste Element in der Reihenfolge adaptiver Systeme. Im Allgemeinen erzeugen die Sensoren ein elektrisches Ausgangssignal, welches an die Steuerung bzw. Regelung weitergegeben wird. Dort wird es verarbeitet, umgewandelt und dann an die Aktuatoren des Systems weitergeleitet. <ref name = "Q4">
	Isermann, Rolf: Mechatronische Systeme: Grundlagen, Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1999 </ref> <br />		Isermann, Rolf: Mechatronische Systeme: Grundlagen, Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1999 </ref> <br />

LSchwegmann: /* Sensoren */

2021-04-10T16:26:58Z

Sensoren

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	==Sensoren==		==Sensoren==

	Den Sensoren ist die Aufgabe der Übertragung von Informationen zuzuordnen. Sie sind in der Lage, Veränderungen der Systemeinflüsse wahrzunehmen und den internen Zustand des Systems zu messen <ref name = "Q3"> Teuffel, Patrick: Entwerfen adaptiver Strukturen, Lastpfadmanagement zur Optimierung tragender Leichtbaukonstruktionen. Dissertation: Universität Stuttgart, 2004 </ref>. Ein Sensor ist somit das erste Element in der Reihenfolge adaptiver Systeme. Im Allgemeinen erzeugen die Sensoren ein elektrisches Ausgangssignal, welches an die Steuerung bzw. Regelung weitergegeben wird. Dort wird es verarbeitet, umgewandelt und dann an die Aktuatoren des Systems weitergeleitet. <ref name = "Q4">		Den Sensoren ist die Aufgabe der Übertragung von Informationen zuzuordnen. Sie sind in der Lage, Veränderungen der Systemeinflüsse wahrzunehmen und den internen Zustand des Systems zu messen.<ref name = "Q3"> Teuffel, Patrick: Entwerfen adaptiver Strukturen, Lastpfadmanagement zur Optimierung tragender Leichtbaukonstruktionen. Dissertation: Universität Stuttgart, 2004 </ref> Ein Sensor ist somit das erste Element in der Reihenfolge adaptiver Systeme. Im Allgemeinen erzeugen die Sensoren ein elektrisches Ausgangssignal, welches an die Steuerung bzw. Regelung weitergegeben wird. Dort wird es verarbeitet, umgewandelt und dann an die Aktuatoren des Systems weitergeleitet. <ref name = "Q4">
	Isermann, Rolf: Mechatronische Systeme: Grundlagen, Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1999 </ref> <br />		Isermann, Rolf: Mechatronische Systeme: Grundlagen, Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1999 </ref> <br />

LSchwegmann: /* Aktuatoren */

2021-04-10T16:26:40Z

Aktuatoren

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:26 Uhr
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	Die Aktuatoren oder Aktoren in einem System lassen sich auch als “Stellgrößen“ bezeichnen. Sie sind dafür zuständig, die von der Steuerung bzw. Regelung übertragenden Signale und Informationen umzusetzen und somit die Adaption auszuführen. Sie bilden daher das Gegenstück bzw. Bindeglied zu den Sensoren. <br />		Die Aktuatoren oder Aktoren in einem System lassen sich auch als “Stellgrößen“ bezeichnen. Sie sind dafür zuständig, die von der Steuerung bzw. Regelung übertragenden Signale und Informationen umzusetzen und somit die Adaption auszuführen. Sie bilden daher das Gegenstück bzw. Bindeglied zu den Sensoren. <br />

	Die Aktuatoren eines Systems transformieren dabei elektrische Signale in mechanische oder chemische Größen.<ref name = "Q3"></ref> Für die Umsetzung dieser technischen Prozesse ist meistens eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie erforderlich. Da Aktuatoren keine dauerhafte Arbeit leisten müssen, sondern nur kurzfristig zum Einsatz kommen, müssen diese Elemente bestimmte Anforderungen erfüllen:<ref name = "Q4"></ref>		Die Aktuatoren eines Systems transformieren dabei elektrische Signale in mechanische oder chemische Größen.<ref name = "Q3"></ref> Für die Umsetzung dieser technischen Prozesse ist meistens eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie erforderlich. Da Aktuatoren keine dauerhafte Arbeit leisten müssen, sondern nur kurzfristig zum Einsatz kommen, müssen diese Elemente bestimmte Anforderungen erfüllen <ref name = "Q4"></ref>:

	*Möglichst lineare bzw. statische Übertragungseigenschaften		*Möglichst lineare bzw. statische Übertragungseigenschaften

LSchwegmann: /* Aktuatoren */

2021-04-10T16:26:17Z

Aktuatoren

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:26 Uhr
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	Die Aktuatoren oder Aktoren in einem System lassen sich auch als “Stellgrößen“ bezeichnen. Sie sind dafür zuständig, die von der Steuerung bzw. Regelung übertragenden Signale und Informationen umzusetzen und somit die Adaption auszuführen. Sie bilden daher das Gegenstück bzw. Bindeglied zu den Sensoren. <br />		Die Aktuatoren oder Aktoren in einem System lassen sich auch als “Stellgrößen“ bezeichnen. Sie sind dafür zuständig, die von der Steuerung bzw. Regelung übertragenden Signale und Informationen umzusetzen und somit die Adaption auszuführen. Sie bilden daher das Gegenstück bzw. Bindeglied zu den Sensoren. <br />

	Die Aktuatoren eines Systems transformieren dabei elektrische Signale in mechanische oder chemische Größen.<ref name = "Q3"></ref> Für die Umsetzung dieser technischen Prozesse ist meistens eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie erforderlich. Da Aktuatoren keine dauerhafte Arbeit leisten müssen, sondern nur kurzfristig zum Einsatz kommen, müssen diese Elemente bestimmte Anforderungen erfüllen <ref name = "Q4"></ref>:		Die Aktuatoren eines Systems transformieren dabei elektrische Signale in mechanische oder chemische Größen.<ref name = "Q3"></ref> Für die Umsetzung dieser technischen Prozesse ist meistens eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie erforderlich. Da Aktuatoren keine dauerhafte Arbeit leisten müssen, sondern nur kurzfristig zum Einsatz kommen, müssen diese Elemente bestimmte Anforderungen erfüllen:<ref name = "Q4"></ref>

	*Möglichst lineare bzw. statische Übertragungseigenschaften		*Möglichst lineare bzw. statische Übertragungseigenschaften

LSchwegmann: /* Aktuatoren */

2021-04-10T16:25:50Z

Aktuatoren

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:25 Uhr
Zeile 49:		Zeile 49:
	Die Aktuatoren oder Aktoren in einem System lassen sich auch als “Stellgrößen“ bezeichnen. Sie sind dafür zuständig, die von der Steuerung bzw. Regelung übertragenden Signale und Informationen umzusetzen und somit die Adaption auszuführen. Sie bilden daher das Gegenstück bzw. Bindeglied zu den Sensoren. <br />		Die Aktuatoren oder Aktoren in einem System lassen sich auch als “Stellgrößen“ bezeichnen. Sie sind dafür zuständig, die von der Steuerung bzw. Regelung übertragenden Signale und Informationen umzusetzen und somit die Adaption auszuführen. Sie bilden daher das Gegenstück bzw. Bindeglied zu den Sensoren. <br />

	Die Aktuatoren eines Systems transformieren dabei elektrische Signale in mechanische oder chemische Größen <ref name = "Q3"></ref>. Für die Umsetzung dieser technischen Prozesse ist meistens eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie erforderlich. Da Aktuatoren keine dauerhafte Arbeit leisten müssen, sondern nur kurzfristig zum Einsatz kommen, müssen diese Elemente bestimmte Anforderungen erfüllen <ref name = "Q4"></ref>:		Die Aktuatoren eines Systems transformieren dabei elektrische Signale in mechanische oder chemische Größen.<ref name = "Q3"></ref> Für die Umsetzung dieser technischen Prozesse ist meistens eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Hilfsenergie erforderlich. Da Aktuatoren keine dauerhafte Arbeit leisten müssen, sondern nur kurzfristig zum Einsatz kommen, müssen diese Elemente bestimmte Anforderungen erfüllen <ref name = "Q4"></ref>:

	*Möglichst lineare bzw. statische Übertragungseigenschaften		*Möglichst lineare bzw. statische Übertragungseigenschaften
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	*Geeignete Schnittstellen für Sensoren		*Geeignete Schnittstellen für Sensoren

	Im Allgemeinen können Aktuatoren für verschiedene Aufgaben eingesetzt werden. Die Aktuatoren werden dabei in Kategorien nach dem jeweiligen technischen Prozess bzw. nach den notwendigen Hilfsenergien unterteilt.		Im Allgemeinen können Aktuatoren für verschiedene Aufgaben eingesetzt werden. Die Aktuatoren werden dabei in Kategorien nach dem jeweiligen technischen Prozess bzw. nach den notwendigen Hilfsenergien unterteilt.

	==Passive Systeme==		==Passive Systeme==

LSchwegmann: /* Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption */

2021-04-10T16:24:47Z

Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:24 Uhr
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	==Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption==		==Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption==

	Bei dem bereits aufgeführten Beispiel “The Kajima Technical Research Institute“ findet die Steifigkeitsadaption Anwendung, indem '''phasen- bzw. steifigkeitsverändernde Bauteile''' dazu genutzt werden, die Art des statischen Systems zu beeinflussen. Im Rahmen einer '''Master-Thesis''' mit dem Titel '''"Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption bei statisch unbestimmten Trägersystemen"''' <ref name = "Q10"> Schwegmann, Lisa: Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen, Master-Thesis: Hochschule Wismar, 2021</ref> wurden erste Berechnungsansätze zur Steifigkeitsadaption anhand von federgelagerten Systemen durchgeführt und untersucht. Federlagerungen werden im Bauwesen allgemein durch elastische Auflager oder Anschlüsse praktisch umgesetzt. Fundamente werden auch häufig als federgelagertes Systeme angesetzt, da so für den anstehenden Boden bzw. die Bettung eine gewisse Nachgiebigkeit berücksichtig werden kann. Solche Systeme haben aber nur begrenzte Kapazitäten und basieren auf zuvor getroffenen Annahmen. Dabei sind dann die Auflager oder auch der Boden nicht regelbar und in der Lage, gesteuert zu werden.		Bei dem bereits aufgeführten Beispiel “The Kajima Technical Research Institute“ findet die Steifigkeitsadaption Anwendung, indem '''phasen- bzw. steifigkeitsverändernde Bauteile''' dazu genutzt werden, die Art des statischen Systems zu beeinflussen. Im Rahmen einer '''Master-Thesis''' mit dem Titel '''"Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption bei statisch unbestimmten Trägersystemen"''' <ref name = "Q10"> Schwegmann, Lisa: Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption bei statisch unbestimmten Trägersystemen, Master-Thesis: Hochschule Wismar, 2021</ref> wurden erste Berechnungsansätze zur Steifigkeitsadaption anhand von federgelagerten Systemen durchgeführt und untersucht. Federlagerungen werden im Bauwesen allgemein durch elastische Auflager oder Anschlüsse praktisch umgesetzt. Fundamente werden auch häufig als federgelagertes Systeme angesetzt, da so für den anstehenden Boden bzw. die Bettung eine gewisse Nachgiebigkeit berücksichtig werden kann. Solche Systeme haben aber nur begrenzte Kapazitäten und basieren auf zuvor getroffenen Annahmen. Dabei sind dann die Auflager oder auch der Boden nicht regelbar und in der Lage, gesteuert zu werden.
	Bei der '''Adaption''' ist eine '''aktive Steuerung bzw. Regelung''' einzelner Elemente zur Abdeckung größerer Optimierungsspektren durch zum Beispiel semi-aktive Systeme denkbar. Die Aktuatoren (Federn) können aktiv gesteuert werden, um so auf die äußeren Einflüsse reagieren zu können und bessere Systemeigenschaften hervorzurufen. Dazu müssen ständige Messungen der momentanen Belastungen durchgeführt werden, um die Steifigkeiten der Federn in Abhängigkeit dazu zu justieren. Hierbei sind Sensoren wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Kraftmesser denkbar. Aus der Summe der gemessenen Kräfte jedes Auflagers ergibt sich die Gesamtbelastung. Aus den Differenzen kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Die ermittelten Kräfte können dann über die Sensoren an die Regeleinheit des Systems weitergegeben werden. Diese sendet dann die Information durch Signale an die Aktuatoren, welche die jeweils notwendige Adaption der Steifigkeiten durchführt.		Bei der '''Adaption''' ist eine '''aktive Steuerung bzw. Regelung''' einzelner Elemente zur Abdeckung größerer Optimierungsspektren durch zum Beispiel semi-aktive Systeme denkbar. Die Aktuatoren (Federn) können aktiv gesteuert werden, um so auf die äußeren Einflüsse reagieren zu können und bessere Systemeigenschaften hervorzurufen. Dazu müssen ständige Messungen der momentanen Belastungen durchgeführt werden, um die Steifigkeiten der Federn in Abhängigkeit dazu zu justieren. Hierbei sind Sensoren wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Kraftmesser denkbar. Aus der Summe der gemessenen Kräfte jedes Auflagers ergibt sich die Gesamtbelastung. Aus den Differenzen kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Die ermittelten Kräfte können dann über die Sensoren an die Regeleinheit des Systems weitergegeben werden. Diese sendet dann die Information durch Signale an die Aktuatoren, welche die jeweils notwendige Adaption der Steifigkeiten durchführt.

LSchwegmann: /* Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption */

2021-04-10T16:23:47Z

Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:23 Uhr
Zeile 164:		Zeile 164:
	==Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption==		==Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption==

	Bei dem bereits aufgeführten Beispiel “The Kajima Technical Research Institute“ findet die Steifigkeitsadaption Anwendung, indem '''phasen- bzw. steifigkeitsverändernde Bauteile''' dazu genutzt werden, die Art des statischen Systems zu beeinflussen. Im Rahmen einer '''Master-Thesis''' mit dem Titel '''"Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen"''' <ref name = "Q10"> Schwegmann, Lisa: Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen, Master-Thesis: Hochschule Wismar, 2021</ref> wurden erste Berechnungsansätze zur Steifigkeitsadaption anhand von federgelagerten Systemen durchgeführt und untersucht. Federlagerungen werden im Bauwesen allgemein durch elastische Auflager oder Anschlüsse praktisch umgesetzt. Fundamente werden auch häufig als federgelagertes Systeme angesetzt, da so für den anstehenden Boden bzw. die Bettung eine gewisse Nachgiebigkeit berücksichtig werden kann. Solche Systeme haben aber nur begrenzte Kapazitäten und basieren auf zuvor getroffenen Annahmen. Dabei sind dann die Auflager oder auch der Boden nicht regelbar und in der Lage, gesteuert zu werden.		Bei dem bereits aufgeführten Beispiel “The Kajima Technical Research Institute“ findet die Steifigkeitsadaption Anwendung, indem '''phasen- bzw. steifigkeitsverändernde Bauteile''' dazu genutzt werden, die Art des statischen Systems zu beeinflussen. Im Rahmen einer '''Master-Thesis''' mit dem Titel '''"Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption bei statisch unbestimmten Trägersystemen"''' <ref name = "Q10"> Schwegmann, Lisa: Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen, Master-Thesis: Hochschule Wismar, 2021</ref> wurden erste Berechnungsansätze zur Steifigkeitsadaption anhand von federgelagerten Systemen durchgeführt und untersucht. Federlagerungen werden im Bauwesen allgemein durch elastische Auflager oder Anschlüsse praktisch umgesetzt. Fundamente werden auch häufig als federgelagertes Systeme angesetzt, da so für den anstehenden Boden bzw. die Bettung eine gewisse Nachgiebigkeit berücksichtig werden kann. Solche Systeme haben aber nur begrenzte Kapazitäten und basieren auf zuvor getroffenen Annahmen. Dabei sind dann die Auflager oder auch der Boden nicht regelbar und in der Lage, gesteuert zu werden.
	Bei der '''Adaption''' ist eine '''aktive Steuerung bzw. Regelung''' einzelner Elemente zur Abdeckung größerer Optimierungsspektren durch zum Beispiel semi-aktive Systeme denkbar. Die Aktuatoren (Federn) können aktiv gesteuert werden, um so auf die äußeren Einflüsse reagieren zu können und bessere Systemeigenschaften hervorzurufen. Dazu müssen ständige Messungen der momentanen Belastungen durchgeführt werden, um die Steifigkeiten der Federn in Abhängigkeit dazu zu justieren. Hierbei sind Sensoren wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Kraftmesser denkbar. Aus der Summe der gemessenen Kräfte jedes Auflagers ergibt sich die Gesamtbelastung. Aus den Differenzen kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Die ermittelten Kräfte können dann über die Sensoren an die Regeleinheit des Systems weitergegeben werden. Diese sendet dann die Information durch Signale an die Aktuatoren, welche die jeweils notwendige Adaption der Steifigkeiten durchführt.		Bei der '''Adaption''' ist eine '''aktive Steuerung bzw. Regelung''' einzelner Elemente zur Abdeckung größerer Optimierungsspektren durch zum Beispiel semi-aktive Systeme denkbar. Die Aktuatoren (Federn) können aktiv gesteuert werden, um so auf die äußeren Einflüsse reagieren zu können und bessere Systemeigenschaften hervorzurufen. Dazu müssen ständige Messungen der momentanen Belastungen durchgeführt werden, um die Steifigkeiten der Federn in Abhängigkeit dazu zu justieren. Hierbei sind Sensoren wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Kraftmesser denkbar. Aus der Summe der gemessenen Kräfte jedes Auflagers ergibt sich die Gesamtbelastung. Aus den Differenzen kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Die ermittelten Kräfte können dann über die Sensoren an die Regeleinheit des Systems weitergegeben werden. Diese sendet dann die Information durch Signale an die Aktuatoren, welche die jeweils notwendige Adaption der Steifigkeiten durchführt.

LSchwegmann: /* Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption */

2021-04-10T16:23:14Z

Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:23 Uhr
Zeile 164:		Zeile 164:
	==Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption==		==Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption==

	Bei dem bereits aufgeführten Beispiel “The Kajima Technical Research Institute“ findet die Steifigkeitsadaption Anwendung, indem '''phasen- bzw. steifigkeitsverändernde Bauteile''' dazu genutzt werden, die Art des statischen Systems zu beeinflussen. Im Rahmen einer '''Master-Thesis''' mit dem Titel '''"Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen"'''<ref name = "Q10"> Schwegmann, Lisa: Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen, Master-Thesis: Hochschule Wismar, 2021</ref> wurden erste Berechnungsansätze zur Steifigkeitsadaption anhand von federgelagerten Systemen durchgeführt und untersucht. Federlagerungen werden im Bauwesen allgemein durch elastische Auflager oder Anschlüsse praktisch umgesetzt. Fundamente werden auch häufig als federgelagertes Systeme angesetzt, da so für den anstehenden Boden bzw. die Bettung eine gewisse Nachgiebigkeit berücksichtig werden kann. Solche Systeme haben aber nur begrenzte Kapazitäten und basieren auf zuvor getroffenen Annahmen. Dabei sind dann die Auflager oder auch der Boden nicht regelbar und in der Lage, gesteuert zu werden.		Bei dem bereits aufgeführten Beispiel “The Kajima Technical Research Institute“ findet die Steifigkeitsadaption Anwendung, indem '''phasen- bzw. steifigkeitsverändernde Bauteile''' dazu genutzt werden, die Art des statischen Systems zu beeinflussen. Im Rahmen einer '''Master-Thesis''' mit dem Titel '''"Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen"''' <ref name = "Q10"> Schwegmann, Lisa: Möglichkeiten der Steifigkeitsadaption an statisch unbestimmten Trägersystemen, Master-Thesis: Hochschule Wismar, 2021</ref> wurden erste Berechnungsansätze zur Steifigkeitsadaption anhand von federgelagerten Systemen durchgeführt und untersucht. Federlagerungen werden im Bauwesen allgemein durch elastische Auflager oder Anschlüsse praktisch umgesetzt. Fundamente werden auch häufig als federgelagertes Systeme angesetzt, da so für den anstehenden Boden bzw. die Bettung eine gewisse Nachgiebigkeit berücksichtig werden kann. Solche Systeme haben aber nur begrenzte Kapazitäten und basieren auf zuvor getroffenen Annahmen. Dabei sind dann die Auflager oder auch der Boden nicht regelbar und in der Lage, gesteuert zu werden.
	Bei der '''Adaption''' ist eine '''aktive Steuerung bzw. Regelung''' einzelner Elemente zur Abdeckung größerer Optimierungsspektren durch zum Beispiel semi-aktive Systeme denkbar. Die Aktuatoren (Federn) können aktiv gesteuert werden, um so auf die äußeren Einflüsse reagieren zu können und bessere Systemeigenschaften hervorzurufen. Dazu müssen ständige Messungen der momentanen Belastungen durchgeführt werden, um die Steifigkeiten der Federn in Abhängigkeit dazu zu justieren. Hierbei sind Sensoren wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Kraftmesser denkbar. Aus der Summe der gemessenen Kräfte jedes Auflagers ergibt sich die Gesamtbelastung. Aus den Differenzen kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Die ermittelten Kräfte können dann über die Sensoren an die Regeleinheit des Systems weitergegeben werden. Diese sendet dann die Information durch Signale an die Aktuatoren, welche die jeweils notwendige Adaption der Steifigkeiten durchführt.		Bei der '''Adaption''' ist eine '''aktive Steuerung bzw. Regelung''' einzelner Elemente zur Abdeckung größerer Optimierungsspektren durch zum Beispiel semi-aktive Systeme denkbar. Die Aktuatoren (Federn) können aktiv gesteuert werden, um so auf die äußeren Einflüsse reagieren zu können und bessere Systemeigenschaften hervorzurufen. Dazu müssen ständige Messungen der momentanen Belastungen durchgeführt werden, um die Steifigkeiten der Federn in Abhängigkeit dazu zu justieren. Hierbei sind Sensoren wie Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Kraftmesser denkbar. Aus der Summe der gemessenen Kräfte jedes Auflagers ergibt sich die Gesamtbelastung. Aus den Differenzen kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Die ermittelten Kräfte können dann über die Sensoren an die Regeleinheit des Systems weitergegeben werden. Diese sendet dann die Information durch Signale an die Aktuatoren, welche die jeweils notwendige Adaption der Steifigkeiten durchführt.

LSchwegmann: /* Einflüsse auf die Adaption eines Tragwerkes */

2021-04-10T16:22:48Z

Einflüsse auf die Adaption eines Tragwerkes

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:22 Uhr
Zeile 123:		Zeile 123:
	=Einflüsse auf die Adaption eines Tragwerkes=		=Einflüsse auf die Adaption eines Tragwerkes=

	Um Adaptionsvorgänge von Systemen zu analysieren, muss die Varianz der Geometrie und das Tragverhalten des unbelasteten Tragwerks untersucht werden. Weiterhin müssen auch Betrachtungen aus Theorie 2. Ordnung hinzugezogen werden, da die Dehnungen und Stellwege der Aktuatoren einen großen Einfluss auf die Tragwerksverformungen haben können. Da während der Adaption einzelne Parameter oder teilweise die gesamte Geometrie des Grundsystems verändert werden, sind die einzelnen Systeme nicht konstant und werden de facto immer wieder neu definiert <ref name = "Q1"></ref>.		Um Adaptionsvorgänge von Systemen zu analysieren, muss die Varianz der Geometrie und das Tragverhalten des unbelasteten Tragwerks untersucht werden. Weiterhin müssen auch Betrachtungen aus Theorie 2. Ordnung hinzugezogen werden, da die Dehnungen und Stellwege der Aktuatoren einen großen Einfluss auf die Tragwerksverformungen haben können. Da während der Adaption einzelne Parameter oder teilweise die gesamte Geometrie des Grundsystems verändert werden, sind die einzelnen Systeme nicht konstant und werden de facto immer wieder neu definiert.<ref name = "Q1"></ref>
	Im Wesentlichen wird der Optimierungsprozess sowohl durch den Zeitpunkt der Lastaufbringung als auch durch auftretende Tragwerksverformungen beeinflusst. Aber auch Faktoren wie die notwendige Adaptionsarbeit und einzuhaltende Sicherheitsanforderungen (Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit) sind dabei nicht zu vernachlässigen. Sie nehmen dabei einen wesentlichen Einfluss auf den Entwurf und die Berechnung adaptiver Tragwerke. Dazu muss vor allem die Einflussnahme der Geometrieänderungen des unbelasteten Tragwerkes untersucht werden.		Im Wesentlichen wird der Optimierungsprozess sowohl durch den Zeitpunkt der Lastaufbringung als auch durch auftretende Tragwerksverformungen beeinflusst. Aber auch Faktoren wie die notwendige Adaptionsarbeit und einzuhaltende Sicherheitsanforderungen (Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit) sind dabei nicht zu vernachlässigen. Sie nehmen dabei einen wesentlichen Einfluss auf den Entwurf und die Berechnung adaptiver Tragwerke. Dazu muss vor allem die Einflussnahme der Geometrieänderungen des unbelasteten Tragwerkes untersucht werden.

LSchwegmann: /* Steifigkeitsadaption */

2021-04-10T16:22:28Z

Steifigkeitsadaption

← Nächstältere Version		Version vom 10. April 2021, 16:22 Uhr
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	===Steifigkeitsadaption===		===Steifigkeitsadaption===

	Die Steifigkeitsadaption gehört auch zu der Schnittgrößenadaption. Häufig wird bei der Schnittgrößenadaption jedoch auf die Formgebung des Tragwerks zur optimalen Lastaufnahme oder einer Schwingungsdämpfung gesprochen. Bei der Steifigkeitsadaption allerdings sollen das Tragwerk oder nur einzelne Bauteile in der Lage sein, ihre Steifigkeiten zu ändern, um somit beispielswiese innere Lasten oder auch Verformungen zu verringern. Durch die interne Änderung der Steifigkeiten können gewisse Beanspruchungszustände homogenisiert werden <ref name = "Q7"> Sobek, Werner; Haase, Walter, et al.: Adaptive Systeme. In: Stahlbau 7/69, Berlin: Ernst & Sohn, 2000 </ref>. “The Kajima Technical Research Institute“ wurde 1990 ~~in Singapur~~ erbaut und ist das erste Gebäude mit veränderbaren Steifigkeiten. Bei diesem Gebäude können aus Erdbeben entstehende Horizontallasten optimal übertragen werden. Die Adaption erfolgt durch den Einsatz eines hydraulischen Systems, mit dem die Steifigkeit des Tragwerkes beeinflusst werden kann. Je nach Steifigkeit dieser Elemente variiert das statische System zwischen einem Fachwerk (steif) und einem Rahmen (weich) <ref name = "Q8"> Culshaw, Brian: Smart Structures and Materials, Boston, London: Artech House, 1996 </ref>, wodurch die Lastverteilung variiert werden kann. <br/>		Die Steifigkeitsadaption gehört auch zu der Schnittgrößenadaption. Häufig wird bei der Schnittgrößenadaption jedoch auf die Formgebung des Tragwerks zur optimalen Lastaufnahme oder einer Schwingungsdämpfung gesprochen. Bei der Steifigkeitsadaption allerdings sollen das Tragwerk oder nur einzelne Bauteile in der Lage sein, ihre Steifigkeiten zu ändern, um somit beispielswiese innere Lasten oder auch Verformungen zu verringern. Durch die interne Änderung der Steifigkeiten können gewisse Beanspruchungszustände homogenisiert werden.<ref name = "Q7"> Sobek, Werner; Haase, Walter, et al.: Adaptive Systeme. In: Stahlbau 7/69, Berlin: Ernst & Sohn, 2000 </ref> “The Kajima Technical Research Institute“ wurde 1990 erbaut und ist das erste Gebäude mit veränderbaren Steifigkeiten. Bei diesem Gebäude können aus Erdbeben entstehende Horizontallasten optimal übertragen werden. Die Adaption erfolgt durch den Einsatz eines hydraulischen Systems, mit dem die Steifigkeit des Tragwerkes beeinflusst werden kann. Je nach Steifigkeit dieser Elemente variiert das statische System zwischen einem Fachwerk (steif) und einem Rahmen (weich) <ref name = "Q8"> Culshaw, Brian: Smart Structures and Materials, Boston, London: Artech House, 1996 </ref>, wodurch die Lastverteilung variiert werden kann. <br/>
	Wie bereits erwähnt ist vor allem der Einsatz von semi-aktiven Regelsystemen zur Steifigkeitsadaption z.B. in Form von Steifigkeitsregelgeräten denkbar. Dabei dienen regelbare Steifigkeitsvorrichtungen der Aussteifung eines Systems bzw. Gebäudes vor allem unter Lasten, die durch Erdbeben entstehen. Ähnlich wie bei dem oben erwähnten Technical Research Institute werden dabei die Steifigkeitsvorrichtungen je Stockwerk eingeklinkt oder freigegeben. Es handelt sich dabei um einen Hydraulikzylinder (doppeltwirkende Kolbenstange) mit einem Magnetventil. Das Magnetventil verbindet die beiden Kammern und steuert somit den Flüssigkeitsstrom zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Aussteifung. Der Betrieb braucht in etwa eine Leistung von 20 W und eine Zeit von 30 ms.<ref name = "Q9"> Kobori T.; Takahashi M. et al.: Seismic response controlled structure with active variable stiffness system. In: Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1993 </ref>		Wie bereits erwähnt ist vor allem der Einsatz von semi-aktiven Regelsystemen zur Steifigkeitsadaption z.B. in Form von Steifigkeitsregelgeräten denkbar. Dabei dienen regelbare Steifigkeitsvorrichtungen der Aussteifung eines Systems bzw. Gebäudes vor allem unter Lasten, die durch Erdbeben entstehen. Ähnlich wie bei dem oben erwähnten Technical Research Institute werden dabei die Steifigkeitsvorrichtungen je Stockwerk eingeklinkt oder freigegeben. Es handelt sich dabei um einen Hydraulikzylinder (doppeltwirkende Kolbenstange) mit einem Magnetventil. Das Magnetventil verbindet die beiden Kammern und steuert somit den Flüssigkeitsstrom zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Aussteifung. Der Betrieb braucht in etwa eine Leistung von 20 W und eine Zeit von 30 ms.<ref name = "Q9"> Kobori T.; Takahashi M. et al.: Seismic response controlled structure with active variable stiffness system. In: Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1993 </ref>