Adaptívna nosná konštrukcia: Revolúcia na stavbách s úsporou zdrojov


Štuttgart, 16.4.2012. Maximálna zaťažiteľnosť pri minimálnej spotrebe materiálu: tak by mala vyzerať nosná štruktúra dnešných stavieb. Tomuto cieľu sa výrazne priblížili vývojári z univerzity v Štuttgarte spoločne so spoločnosťou Bosch Rexroth. Skonštruovali drevenú škrupinu, ktorá je oveľa subtílnejšia, než čo bolo doposiaľ považované za možné. Škrupina s hrúbkou len 4 cm pokrýva plochu viac než 100 m2. Konštrukcia sa nachádza v kampuse Vaihingen univerzity v Štuttgarte. Táto extrémne subtílna konštrukcia škrupiny je umožnená použitím adaptívnych nosníkov.

Doposiaľ boli stavebné konštrukcie vždy dimenzované na určité maximálne zaťaženie, takéto zaťaženie sa ale spravidla vyskytuje len zriedkakedy a len krátkodobo. Prevažná väčšina dnes používaných stavebných materiálov slúži týmto extrémne zriedka sa vyskytujúcim zaťaženiam a je v skutočnosti len veľmi málo využitá. Cieľom tejto ultraľahkej stavby sa preto stala drastická úspora materiálu vďaka vylepšenej reakcii na dynamické zaťaženie. V prípade tejto drevenej škrupiny je manipulácia dosiahnutá hydraulickými pohonmi. Tieto pohony sú umiestnené v bodoch kotvenia škrupiny a vytvárajú pohyby, ktoré cielene kompenzujú namáhanie materiálu vznikajúce pôsobením vetra, snehu a iných záťaží.

Inštitút Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) a Inštitút systémovej dynamiky (ISYS) univerzity v Štuttgarte spoločne s firmou Bosch Rexroth prvý krát vyvinuli adaptívnu stavbu vo veľkej mierke. Škrupina je uložená na štyroch bodoch. Tri kotviace body sa môžu nezávisle pohybovať pomocou hydraulických valcov a nastaviť do ľubovoľnej priestorovej polohy. Snímače detekujú stav zaťaženia na rôznych bodoch nosnej konštrukcie. Cielené pohyby kotviacich bodov pôsobia proti premenlivému zaťaženiu a tým znižujú deformácie a kompenzujú pnutie materiálu. To v zrovnaní s konvenčnými pasívnymi stavebnými konštrukciami znižuje množstvo použitého materiálu na konštrukcií. Kompenzácia zaťaženia je zaistená riadiacou jednotkou Rexroth, ktorá bola vyvinutá špeciálne pre hydraulické pohony. Hlavnou úlohou riadiacej jednotky je realizácia komplexných hydraulických regulačných pohybov škrupinovej nosnej konštrukcie. Nosná konštrukcia tak dokáže behom niekoľkých milisekúnd reagovať na zmenu zaťaženia.

Aktívne tlmenie chvenia a kompenzácia premenlivého zaťaženia sa dá aplikovať v mnohých oblastiach stavebných konštrukcií, napr. pri strechách štadiónov, výškových budovách, fasádnych konštrukciách s veľkým rozpätím alebo pri mostných konštrukciách. Výsledky tohoto projektu predstavujú celkom novú stavebnú koncepciu, ktorá šetrí zdroje a súčasne výrazne zvyšuje nosnosť konštrukcií. Aktívne tlmenie dynamického zaťaženia (vetrom, zemetrasením alebo explóziou) umožňuje zníženie hmotnosti a vďaka tomu znižuje únavu materiálu.

Pre aktívnu kompenzáciu zaťaženia a vibrácii musia byť najprv presne vypočítané alebo idedntifikované ovplyvňujúce faktory, v ďalšom kroku musí byť prevedený výpočet potrebných kompenzačných pohybov v reálnom čase, ktorý musí byť taktiež v reálnom čase realizovateľný). Pro tento účel boli vyvinuté simulačné modely, ktoré umožňujú vypracovať presné prognózy chovania štruktúry. Pritom je zohľadnené namáhanie a chvenie materiálu pri statickom a dynamickom zaťažení. Tieto simulačné modely slúžia pre vývoj koncepcií potrebných kompenzačných pohybov v závislosti na vypočítaných veličinách. Tieto pohyby sú následne presne realizované hydraulickým systémom.

Vedecké základy projektu boli vytvorené spoločne inštitútmi ILEK a ISYS. Firma Bosch Rexroth poskytla aktívne prvky prototypu. V úzkej spolupráci s univerzitou v Štuttgarte prevzala firma projektovanie, voľbu a dimenzovanie hydrauliky a oživenie celého systému. Inštitút ILEK je priekopníkom vo vývoji adaptívnych stavebných systémov. Základné kompetencie inštitútu ISYS spočívajú v analýze dynamických systémov a ich cieleného ovplyvňovania. Pro tento účel byly vyvinuté regulačné štruktúry koordinovaných pohybov nosnej konštrukcie. Firma Bosch Rexroth je celosvetovo popredným špecialistom na riadiace a pohonové technológie. Firma je partnerom pre mobilné, strojné aplikácie, inžiniering, výrobné automatizácie a obnoviteľné energie. Spoločnosť Bosch Rexroth vyrába a dodáva svoje súčiastky a systémy do viac než 80 krajín sveta.

Projekt bol integrovaný ako funkčný model výskumnej skupiny "Hybridné inteligentné konštrukčné prvky" podporované Nemeckým výskumným združením DFG. Táto skupina spája odborníkov z oblasti strojárenstva, letectva a kozmonautiky a stavebného inžinierstva s procesnými technológiami. Vedeckú podporu poskytol projektu Prof. Leander Bathon (Inštitút pre stavební materiály a konštrukcie vysokej školy RheinMain vo Wiesbadene) a Prof. Uwe Heisel (Inštitút pre obrábacie stroje Univerzity v Štuttgarte).

Projekt ďalej podporovali títo partneri: Sensor-Technik Wiedemann GmbH, Eschenbach Zeltbau GmbH & Co. KG, Wilhelm Gerüstbau GmbH, Ulrich Lübbert Warenhandel GmbH & Co. KG, Holzwerk Friedrich Wahl GmbH & Co. KG, Leitz GmbH & Co. KG a Rütgers Organics GmbH.

 Tlačová správa Univerzity v Štuttgarte z 16.04.2012

 

Aplikovaný produkt

Adaptívna nosná konštrukcia (Fotografie: © Bosch Rexroth)

Referencie

Obalka

GEMMEX, s.r.o.
Osloboditeľov 1340/15
911 01 Trenčín


Mail: Táto e-mailová adresa je chránená pred spamovacími robotmi. Na jej zobrazenie potrebujete mať nainštalovaný JavaScript.
Tel: +421 907 788 086
Objednávky: Táto e-mailová adresa je chránená pred spamovacími robotmi. Na jej zobrazenie potrebujete mať nainštalovaný JavaScript.

zostáva 1000 znakov