Yingjie Zhan, M.Sc.
Optimierung der nicht linearen Rahmensysteme unter dynamischer Belastung
Die Steifigkeit und die Dämpfungseigenschaften der Verbindungen beeinflussen im Wesentlichen die Gesamtsteifigkeit und Dämpfung einer Holzrahmenkonstruktion. Bereits kleine Verdrehungen verursachen relativ große horizontale Verformungen und damit Geschossverschiebungen. Aber die zentralen Begriffe „Steifigkeit“ und „Dämpfungseigenschaften“ lassen sich trotz ihrer vergleichsweise einfachen Hintergründe nur schwierig so darstellen, dass sich aus der Definition allgemeingültige Formulierungen zur Sicherheit einer Bauweise herleiten lassen. Verschiedene Verbindungen stellen ganz unterschiedliche Steifigkeit und Duktilität her. Um den Holzbau effizienter zu machen und neue Marktfelder zu erschließen, sind eine sichere und ökonomische Bauweise gefragt. Dazu soll einerseits der Einsturz von Holzbauten unter starken dynamischen Belastungen vermeiden werden. Anderseits sollen die Holzbauten kostengünstig sein.
Das Ziel der Forschung ist die Optimierung der nicht linearen Rahmensystem unter dynamischen Belastungen. Zunächst wird es versucht, die mathematischen Modelle für 2D- und 3D-Rahmenkonstruktionen zu erstellen, um die Verformungen, Energiedissipation etc. unter dynamischen Belastungen zu entdecken. Beispielweise kann das elastoplastische Verhalten der Verbindungsmittel mithilfe der Federelemente abbilden. Darüber hinaus wäre es hilfreich, die Ergebnisse des selbsterstellten mathematischen Modells mit den in kommerziellen Softwares zu vergleichen.
Danach können die Versuche an kleinformatigen Rahmensysteme unter dynamischen Belastungen bei dem Brüel & Kjær Shaker V721 und dem MTS 1,5 m achsige seismischen Simulator durchgeführt werden. Mithilfe der experimentellen Ergebnisse können das mathematische Modell überprüft werden, ob es die Bewegung des Rahmensystems genau vorhersieht.
Zum Schluss wird der Algorithmus für ein optimales Rahmensystem unter dynamischen Belastungen entwickelt. Dazu werden die äußeren Kräfte, die Eigenschaften des Rahmensystems etc. als Input betrachtet. Die maximale horizontale Verschiebung, die in den Normen definiert wird, als Randbedingung verwendet. Die zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten für die physikalischen Eigenschaften werden überprüft und die Optima werden entdeckt.