Aktuelle Forschungsprojekte



Aktive Schwingungskontrolle

Schlange Strukturen neigen zum Schwingen. Diese Schwingungen können oder zu einer Verkürzung der Lebensdauer, unter Umständen sogar zum Versagen der Struktur, führen. Zur Reduzierung der Schwingungen können Dämpfersysteme eingesetzt werden. Ein aktives Dämpfersystem, der sogenannte Doppelunwuchtrotor wurde am Insititut für Baustatik und Stahlbau entwickelt. Die Grundeinheit besteht aus zwei, mit gleicher Geschwindigkeit rotierenden Unwuchten, die jeweils Zentrifugalkräfte erzeugen. Je nach Vorgabe des Drehsinns (gleichsinnig oder gegensinnig) und des Phasenwinkels zwischen beiden Rotoren ist die insgesamt resultierende Kraftgröße ein Moment, eine gerichtete Kraft oder eine Kombination aus beidem. Die resultierende Kraftgröße soll zum Dämpfen eingesetzt werden. Ziel der Arbeit ist sowohl der Entwurf von Regelungsstrategien für den Doppelunwuchtrotor als auch die Erprobung dieser Strategien durch Simulation und Versuch. Außerdem soll die Effektivität des Dämpfersystems für reale Strukturen, zum Beispiel für Windenergieanlagen und Schrägseilbrücken, durch numerische Simulation untersucht werden.
Bearbeiter:
M.Sc. Richard Bäumer

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Progressiver Kollaps von Hochhäusern

Seit dem Kollaps der Zwillingstürme des World Trade Centers in New York ist die Frage nach der globalen Standsicherheit von Hochhäusern unter außergewöhnlicher Belastung in den Vordergrund gerückt. Allerdings haben sich bisher nur wenige wissenschaftliche Untersuchungen mit dem dort beobachteten Kollapstyp – dem sogenannten pfannkuchenartigen Kollaps – befasst. Solche Kollapse werden durch das Versagen aller Stützen eines oder mehrerer benachbarten Stockwerke ausgelöst und sind meistens nach schweren Erdbeben beobachtet worden. Die möglichen auslösenden Ereignisse können aber vielfältig sein, z. B. Brand oder Flugzeugeinschlag. Das Versagen der Stützen eines Stockwerkes führt dazu, dass sich der Bauwerksteil oberhalb dieses Stockwerkes in Bewegung setzt und kinetische Energie aufsammelt. Einmal ausgelöst, endet ein solcher Kollaps häufig mit der totalen Zerstörung des Bauwerkes – die einzelnen Decken stapeln sich aufeinander wie die Lagen eines Pfannkuchens, woher auch die Bezeichnung kommt.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es der Empfehlung des FEMA-Reports über den Einsturz des WTC zu folgen und festzustellen, ob es im Rahmen des praktisch und wirtschaftlich Möglichen Entwurfsstrategien gibt, die es erlauben einen solchen Kollaps aufzuhalten oder sein Ausmaß zu begrenzen, nachdem er einmal in Gang gesetzt worden ist.

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Nikolay Lalkovski

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Schwingungen an Stabbogenbrücken mit freistehenden Bögen

Bei vorhandenen stählernen Stabbogenbrücken mit freistehenden Bögen treten häufig seitliche Bogenschwingungen auf, welche aus überfahrenden Fahrzeugen resultieren. Das lange Nachschwingen erzeugt eine große Ermüdungsbeanspruchung für den Bogen und angrenzende Bauteile. Es wird außerdem von Personen auf der Brücke als unangenehm empfunden. Die Problematik tritt immer bei dem gleichen, häufig vorkommenden Stabbogenbrückentyp auf.
Thema dieses Forschungsvorhabens ist die Analyse und die Vermeidung der Bogenschwingungen. Dafür wird ein aus dem Gesamtsystem herausgelöster Stabbogen mit seiner Differentialgleichung analysiert. Dies zeigt wesentliche Einflussparameter, über die das Tragwerk konstruktiv optimiert werden kann. Im Weiteren werden abgestimmte Ermüdungslastmodelle für den schwingungsanfälligen Stabbogen untersucht, um die Schwingungsproblematik bereits in der Entwurfsphase zu erfassen.

Bearbeiter:
Dr.-Ing. Martin Bransch

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Alternative Tragwerke für weitgespannte Brücken

Der seit Jahren bestehende Trend zu Brücken mit immer größer werdenden Spannweiten rückt die Schwingungsanfälligkeit derartiger Bauwerke verstärkt in den Blickpunkt der Entwurfsingenieure und Forscher. Während Flatterschwingungen zum Einsturz ohne Vorankündigung führen, beeinträchtigen störinduzierte Schwingungen, die durch Böen und Wirbelablösungen entstehen, die Gebrauchstauglichkeit der Brücke. Thema dieses Forschungsvorhabens sind winderregte Flatterschwingungen und insbesondere deren Vermeidung. Der globale Tragwerksentwurf soll durch geschickte Festlegung von Geometrie, Topologie und Konnektivität hinsichtlich einer systemeigenen aeroelastischen Resistenz optimiert werden. Letztere wird mit Hilfe eines auf der Finiten Elemente Methode basierenden Computerprogramms in einer aeroelastischen Berechnung bestimmt.

Bearbeiter:
Dipl.-Ing. Kerstin Großmann

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Aerodynamische Flatterkontrolle von Brücken

Das aeroelastische Verhalten von Brücken wird bei immer größer und schlanker werdenden Brückenkonstruktionen zunehmend maßgebend für den Entwurf und die Bemessung der Brücke. Gerade die Flatterstabilität ist bei solchen Tragwerken schwierig zu gewährleisten. Bei langen Brücken führt der bisherige Lösungsweg, mit größeren Querschnittsabmessungen die Torsionssteifigkeit und somit die Flatterstabilität zu erhöhen, zu unwirtschaftlichen Ergebnissen.

In dem vorliegenden Forschungsprojekt werden neue Formen der Schwingungskontrolle, bei denen das Schwingungsverhalten durch gezieltes Einleiten von Kräften über passive Vorrichtungen (z.B. tilgermassen- oder kreiselgeführte Kontrollflächen) günstig beeinflusst wird, entwickelt und untersucht. Dabei werden die Systeme experimentell im Windkanal, numerisch mit Hilfe der Computational Fluid Dynamics (CFD) Methode und theoretisch auf ihre jeweilige Funktionsweise hin überprüft und gegebenenfalls optimiert, um so die Grundlagen für einen baupraktischen Einsatz zu schaffen.

Bearbeiter: Hasan Aslan
Dipl.-Ing. Eur.-Ing. CEng MICE

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Baustatische Berechnung fugenloser Kaianlagen

Im Hafenbau lässt sich der zunehmende Einsatz von fugenlosen Stahlbetonkonstruktionen beobachten. Beispiele aus jüngster Zeit sind die Containerterminals in Hamburg-Altenwerder und Bremerhaven. Die Vorteile der monolithischen Bauweise liegen in der kostengünstigeren Herstellung und dem geringeren Wartungsbedarf. Die heute im Stahlbetonbau eingesetzte Software ist für die Berechnung dieser hochgradig statisch unbestimmten Bauteile jedoch nur bedingt geeignet, da sie die auftretenden geometrischen und materiellen Nichtlinearitäten nicht ausreichend genau erfassen.

Bei der Bemessung der fugenlosen Kaianlagen ist man daher momentan auf zahlreiche Rechenannahmen angewiesen, die auf Erfahrungswerten aus früheren Projekten basieren. Probleme bei der numerischen Analyse bereiten vor allem die für Stalbetontragwerke typischen Steifigkeitssprünge. Diese aus dem Aufreißen des Betons resultierenden Sprünge können mit den im Rahmen der Finite-Elemente-Methode (FEM) üblicherweise verwendeten Ansatzfunktionen nur unzureichreichend abgebildet werden.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden daher alternative Verfahren untersucht und im Hinblick auf den Einsatz im Hafenbau weiterentwickelt.

Graduiertenkolleg "Seehäfen für Containerschiffe zukünftiger Generationen"

Bearbeier:

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