P 1234 – Flächentragwerke aus gekrümmten Sandwichelementen

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ISBN: 978-3-96780-001-2 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1234 – Flächentragwerke aus gekrümmten Sandwichelementen

Im vorliegenden Forschungsprojekt hat sich erwartungsgemäß sehr schnell bestätigt, dass der Herstellungsaufwand gekrümmter Sandwichpaneele gegenüber jenen mit ebener Oberfläche höher ist. Die Strategie, den Umfang möglicher geometrischer Variationen zu Gunsten besserer Herstellungsbedingungen einerseits einzugrenzen und andererseits durch eine vorgelagerte, entwurfsspezifische Optimierung wiederum zu maximieren, war jedoch erfolgreich. Durch den Einsatz eines entwickelten Designtools für gekrümmte  Sandwichelemente kann die uneingeschränkte Gestaltungsfreiheit bei der Entwicklung anspruchsvoll geformter Gebäudegeometrien sichergestellt werden und gleichzeitig eine unerwünschte und aufwändige Herstellungskomplexität gekrümmter Sandwichpaneele sinnvoll eingegrenzt werden.
Dem Planer werden bereits in einer frühen Entwurfsphase sinnvolle Entwurfskorridore an die Hand gegeben, innerhalb derer eine spätere Fertigung wirtschaftlich möglich sein wird.  Durch diese Verknüpfung von Planung und Fertigung wird der gewünschte Forschungserfolg sichergestellt. Es hat sich zudem gezeigt, dass die geometrische Klassifizierung in vier Komplexitätsstufen vollkommen ausreicht, um alle gängigen Bauwerksgeometrien mit nicht vollständig ebenen Flächen auskömmlich zu beschreiben. Ferner hat sich gezeigt, dass bis einschließlich der Komplexitätsstufe 3 hinreichend viele Gebäudegeometrien möglich und darstellbar sind, die dennoch vergleichsweise einfach gefertigt werden können. Es wurde dargelegt, auf welche Weise geometrisch nicht ebene Flächen strategisch zu unterteilen sind, damit sie mit den gegebenen Randbedingungen (z.B. Restriktionen durch vorhandene Fertigungsmaschinen) optimal herstellbar sind. Mit einem richtigen Ansatz lassen sich somit vergleichsweise einfach die Faktoren „Rollenbandbreite“ und „Anzahl der Umformschritte“ optimieren.
Die nachgelagerten Arbeitsschritte von Entwurf – Optimierung – Geometrische Unterteilung – Fertigung lassen sich, unterstützt durch die nun verfügbaren Erkenntnisse, auch in wiederholbaren Arbeitsschritten iterativ verbessern. Das Softwaretool selbst bleibt als Open Source Hilfsmittel auch künftig entwicklungsfähig und kann für kommende Anforderungen auf einfache Weise angepasst werden. Für den Anwender bleibt es überschaubar und auch ohne tiefgehende Programmierkenntnisse gut einsetzbar. Für die Digitalisierung im Bauwesen bleibt diese konsistente Prozesskettenoptimierung ein sehr guter Weg, zukünftige Bauwerksentwürfe anspruchsvoll und dennoch wirtschaftlich zu realisieren.
In theoretischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen zu Tragverhalten und Tragfähigkeit von gekrümmten Sandwichelementen, konnte das große statische Potential der im Rahmen dieses Projekts neu entwickelten Bauweise gezeigt werden.
In den Untersuchungen wurde weiter die Basis geschaffen, das Tragverhalten gekrümmter Sandwichelemente realistisch modellieren zu können. Auch in Strukturen aus gekrümmten Sandwichelementen ist das Stabilitätsversagen der gedrückten Deckschicht der maßgebende Versagensmodus. Es konnte gezeigt werden, dass eine Krümmung der Sandwichelemente im erarbeiteten Anwendungsbereich keinen nennenswerten Einfluss auf ihre Knitterspannung hat.

Veröffentlichung:
Januar 2021

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. J. Lange, M. Sc. S. Grimm, Prof. Dr.-Ing. P. Groche, M. Sc. M. Moneke, Prof. Dr.-Ing. Schäfer, Dipl.-Ing. J. Reising