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Projekt
Entwurf und Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit bionisch inspirierten Krafteinleitungssystemen durch Einsatz flexibler GFK-Schalungen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr.-Ing. Sandra Gelbrich; Professor Dr.-Ing. Lothar Kroll
Fachliche Zuordnung
Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung
Förderung von 2014 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257332657
Die moderne Architektur wird in den letzten Jahren zunehmend von dem Trend bestimmt, Gebäude organisch mit doppelt gekrümmten Oberflächen zu gestalten. Die Herstellung jener einfach und doppelt gekrümmten großflächigen Tragwerke aus Beton erfordert derzeit komplexe Schalungskonstruktionen, die in der Regel material- und kostenaufwändig sind. Mit den in der ersten Förderperiode entwickelten flexibel formbaren Schalungselementen aus glasfaserverstärktem Kunststoff können als neuer technologischer Lösungsansatz die Defizite weitgehend behoben werden. Dabei wird unter Ausnutzung des anisotropen Strukturverhaltens eine gezielte Einstellung von Krümmungszuständen gestattet. Die somit hergestellten gekrümmten Tragwerke aus textilverstärktem Beton benötigen allerdings eine große Anzahl an Befestigungselementen zur Verankerung an Gebäuden, die den Leichtbauvorteil derartiger Strukturen zunichtemachen. Folglich sollen zur leichtbaugerechten Gestaltung der Lasteinleitungszonen kraftflussangepasste Lasteinleitungselemente als metallische Fraktal-Inserts entwickelt werden, die eine optimierte Verzahnung der Werkstoffe untereinander und somit einen bestmöglichen Lastabtrag gestatten. Weiterhin soll durch eine variabelaxiale Anordnung des Fadenverlaufs mittels multiaxialer Gelegetechnik mit Kett- und Schussfadenversatz entlang der gekrümmten Kraftflusslinien, insbesondere im Bereich der Lasteinleitung, eine volle Ausnutzung der hohen spezifischen Eigenschaften im Verbundbauteil erreicht werden. Aufgrund der komplexen räumlichen Spannungszustände im Bereich der Krafteinleitungen müssen erweiterte Berechnungs- und Optimierungsverfahren zur Ermittlung kraftflussgerechter Fadentrajektorien herangezogen werden. Zur technologischen Umsetzung der freigeformten Beton-Leichtbauelemente mittels flexibler GFK-Schalung, ist abhängig vom Krümmungszustand eine Anpassung des Feinbetons hinsichtlich Verarbeitungstechnologie und rheologischer Eigenschaften durchzuführen. Dazu soll ein neuronales Netz nach bionischem Vorbild erstellt und das Eigenschaftsprofil der mineralischen Matrix anforderungsgerecht rechnerisch optimiert werden. Für den Berechnungs- und Bauingenieur soll folglich nach Ende der Entwicklungen ein schnelles Programmsystem zur anforderungsspezifischen Einstellung der Betoneigenschaften in Hinblick auf die Textilverstärkungen und Schalungselemente zur Verfügung gestellt werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
