Adaptiv vorgespannte Konstruktionen / Adaptive prestressed structures

Die Uebertragung des natuerlichen Prinzips der Selbstanpassung auf Bauwerke fuehrt zu sogenannten adaptiven Konstruktionen, bei denen die Tragwirkung aktiv geregelt oder gesteuert wird. Es wird ein Ueberblick zur Anpassungsfaehigkeit von Tragsystemen gegeben, insbesondere in Bezug auf vorgespannte Tragsysteme. Im Bauwesen werden adaptive Strukturen bisher vorwiegend zur Kontrolle des Schwingungsverhaltens oder zur Entkoppelung des Bauwerks vom Baugrund zwecks Erhoehung der Erdbebensicherheit eingesetzt. Es gibt auch schon adaptive Bruecken, zum Beispiel, wenn Setzungen in Bergsenkungsgebieten durch Anheben ausgeglichen werden muessen. Auch die Vorspannung von Spannbetonbruecken laesst sich so gestalten, dass sie sich dem Verhalten des Bauwerks anpasst. Durch die Anwendung solch einer adaptiven Vorspannung koennen die Moeglichkeiten des Spannbetonbaus deutlich erweitert werden. Dazu gehoeren die Erhoehung der Tragfaehigkeit und der Gebrauchstauglichkeit und der Schlankheit. Damit wird letztlich sowohl eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit als auch der Gestaltungsmoeglichkeiten bewirkt. Das Konzept der aktiven Verformungskontrolle wurde schon in den 1980er Jahren mit den damaligen Mitteln untersucht. Ziel war es dabei, die Stuetzweiten zu erhoehen und die Querschnitte zu minimieren. Die heutigen Moeglichkeiten erlauben eine viel weitergehende Adaption von Bauwerken, da umfangreiche Regelungsmoeglichkeiten und ausgereifte Messsysteme zur Steuerung der adaptiven Vorspannung bestehen. Dazu gehoert ein auf das Bauwerk angepasster Regelungskreislauf, bestehend aus einem Messdatenerfassungssystem, einem Regelungsalgorithmus und einem Stellgliedsystem. Die zur Regelung geeigneten Messgroessen sind insbesondere Dehnungen und Durchbiegungen aber auch Temperaturen und Spannkraefte. Dabei sind jeweils spezielle Sensoren mit einer ausreichenden Genauigkeit, Robustheit und Langzeitstabilitaet einzusetzen. Die Uebertragung der von der Regelung ermittelten Aenderung auf das Bauwerk erfolgt mittels sogenannter Aktuatoren. Sie sind Bestandteil des Stellgliedsystems, welches die Aenderung der anpassbaren Eigenschaften des Tragwerks durchfuehrt. Die notwendige Anpassung eines adaptiv vorgespannten Tragwerks wird durch den Regelungsalgorithmus ermittelt. Dabei dienen die gemessenen Tragwerksreaktionen zur Bestimmung der zur Aenderung notwendigen Stellgroessen, die an die Stellvorrichtungen uebertragen werden. Zur Regelung adaptiv vorgespannter Konstruktionen ist der Einsatz wissensbasierter Expertensysteme und besonders der Fuzzy Logic geeignet. ABSTRACT IN ENGLISH: The article includes a general overview of the ability of adjustment in construction (adaptivity of structural properties), adaptive architectures and especially adaptive prestressed structures. Adaptivity is defined as the active structural selfadjustment of a system and illustrated by general examples. Possible potential of adaptive prestressing is quoted and previous projects are outlined. Usable technologies for implementation of adaptive prestressed structures and vital criteria for a selection are presented. Advantages of a Fuzzy Logic based adaptive closed-loop control system are pointed out and fundamental basics are given. (A)