Adaptive Tragwerke

Allgemeines

Als adaptive Tragwerke 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.

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 war dann nicht mehr das Eigengewicht selbst der maßgebende Lastfall, sondern folglich die äußeren Einflüsse vor allem aus Schnee- und Windlasten gegenüber dem sehr geringen Eigengewicht. Durch diesen „neuen“ Grenzfall müssen Tragwerke also weiter optimiert werden.

Allgemein werden adaptive Systeme dabei unterschieden in passive und aktive Adaption.

Passive Adaption

Bei der passiven Adaption reagieren die Systeme direkt auf die Einflüsse ohne jeglichen Einsatz von Steuerung durch zum Beispiel Sensoren. Somit ist eine Zuwendung externer Energie nicht notwendig. Typische Beispiele passiver Adaption sind Feder-Masse-Systeme, die als Schwingungstilger oder –Dämpfer, die auf das Tragwerk einwirkende Energie aufnehmen und umwandeln können (z.B. bei Schwingungen). Denkbar sind auch Systeme, die frei drehbar sind und sich beispielsweise der jeweiligen Windrichtung anpassen können.

Aktive Adaption

Im Gegensatz zur passiven Adaption ist bei aktiver Adaption das Aufbringen externer Energie zur Aktivierung der Steuerung notwendig. Die Aktivierung wird durch zusätzliche Sensoren ausgelöst, gesteuert und durch die integrierten Aktuatoren umgesetzt. Ein Vorteil der aktiven Adaption mit dieser Steuerung ist eine größere Abdeckung der Anpassungsfähigkeit der Systeme. Die Reaktionen dieser Systeme sind deutlich weitreichender.

Systemübersicht und Elemente

Durch das Integrieren von multifunktionalen Bauteilen entstehen intelligente und dadurch anpassungsfähige Systeme. Infolge der Anpassungsfähigkeit, können diese Systeme (oder übertragen auf das Bauwesen Tragwerke) auf unterschiedlichste Einwirkungen reagieren. Solche Systeme bestehen allgemein aus den folgenden drei Komponenten:

• Regelung bzw. Steuerung: gibt Rückmeldung über Systemantwort
• Sensoren: zur Messung äußerer Einflüsse oder systeminterner Zustände (z.B. Dehnungsmessstreifen usw.)
• Aktuatoren: Verbindungsglieder zwischen Regelung und technischem Prozess (z.B. pneumatische oder hydraulische Aktuatoren usw.)

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