Entwicklung an der Schnittstelle Bauingenieurwesen / Maschinenbau

Moderne Bauwerke können wegen ihrer schlanken Bauweise schwingungsanfällig sein.

Wind, Verkehr, Maschinen und Personen können zu Vibrationen im Bauwerk führen, die bezüglich Gebrauchstauglichkeit und Komfort nicht akzeptabel sind und daher mit Schwingungsdämpfern reduziert werden müssen. In erdbebengefährdeten Gebieten der Welt müssen Bauwerke vor den zerstörerischen Kräften der Erdbeben mittels Basisisolation geschützt werden.

Um in einem ersten Schritt das Schwingungsproblem zu analysieren und in einem zweiten Schritt Schwingungsdämpfer und Schwingungsisolatoren optimal auf das Problem und die Parameter der betroffenen Struktur auszulegen, bedarf es zwingend der Modellbildung des Schwingungsproblems.

Wegen der Koppelung von Bauwerk und Anregungsmechanismus, wegen der nichtlinearen Natur von Strukturschwingungen mit großen Amplituden und weil Schwingungsdämpfer und Schwingungsisolatoren - kurz Bauwerksschutzsysteme genannt - bewusst mit einer nichtlinearen Charakteristik ausgelegt werden, können solche Probleme nur mittels numerischer Simulation angepackt werden. Daher ist die Förderung der Entwicklung moderner Simulations-Tools ein zentraler Teil der Stiftung Maurer Söhne. Die Modellbildung umfasst das Bauwerk, die 3-dimensionale inkompressible Strömung (CFD) der Windanregung, die Anregung durch andere Mechanismen, die nichtlineare Abbildung der Bauwerksschutzsysteme, den Einbezug von Echtzeit-Messsystemen und Echtzeit-Regelungssystemen, weshalb diese Entwicklungsarbeit nur an der Schnittstelle des Bauingenieurwesens und dem Maschinenbau mit Einbezug der Elektrotechnik, Informatik und Materialwissenschaften vorangetrieben werden kann.

Die Entwicklung neuer Bauwerksschutzsysteme bedarf entsprechender Prüfeinrichtungen, welche das Testen dieser Bauwerksschutzsysteme im Maßstab 1:1 erlauben. Daher hat sich die Stiftung Maurer Söhne auch zum Ziel gesetzt, die Planung neuer Prüfeinrichtungen für das Testen von Bauwerksschutzsystemen von Morgen zu fördern. Die zukünftigen Prüfeinrichtungen müssen im Stande sein, die in ihren Dimensionen immer größer werdenden Bauwerksschutzsysteme sowohl quasi-statisch als auch hoch-dynamisch (hybrid testing) zu testen, was mit größten Anforderungen bezüglich Prüfkräften und Prüfverschiebungen einher geht. Gerade das hybrid testing, auch hardware in the loop testing genannt, ist zukunftsweisend, denn hier wird das reale Bauwerkschutzsystem so getestet, wie wenn es im schwingenden Bauwerk eingebaut wäre und durch Erdbeben oder Wind angeregt wird.