Logo Ernst und Sohn

Preview

Author(s):     
 
Herrmann, Michael; Sobek, Werner
 
Title:     
 
Gradientenbeton - Numerische Entwurfsmethoden und experimentelle Untersuchung gewichtsoptimierter Bauteile
 
Abstract:     
 
Die Gradierung von Betonbauteilen durch eine kontinuierliche Veränderung von Materialeigenschaften wie Porosität, Festigkeit oder Steifigkeit in bis zu drei Raumrichtungen ermöglicht eine Anpassung des Bauteilinneren an das vorherrschende statische oder bauphysikalische Anforderungsprofil. Diese Anpassung kann zur Massenminimierung und zur Erzielung multifunktionaler Eigenschaften eingesetzt werden. Numerische Entwurfsmethoden liefern das Gradientenlayout, welches als digitaler Bauplan für diese Bauteile dient.
Im vorliegenden Artikel werden Versuche an gradierten Balken im Originalmaßstab beschrieben. Sie erlauben eine Aussage über das Tragverhalten sowie das Masseneinsparpotenzial gradierter Betonbauteile im Vergleich zu Bauteilen aus Normalbeton. Anschließend werden die Versuchsergebnisse mithilfe numerischer Simulationen nachvollzogen. Die so kalibrierten Modelle bilden die Ausgangsbasis für die Entwicklung numerischer Entwurfsmethoden, die auf einem Topologieoptimierungsansatz basieren.

Functionally Graded Concrete - Numerical Design Methods and experimental studies on mass minimized components
Functional gradation of precast elements makes it possible to align the internal composition of structural components with the specified structural and thermal performance requirements by continuously altering the characteristics of the material, including its porosity, strength or rigidity, in up to three spatial dimensions. This principle can be applied to minimise the mass of the element and to create multi-functional properties. Numerical design methods are used to develop the gradation layout that serves as a digital blueprint for such components.
This paper describes true-to-scale tests performed on functionally graded beams. These tests make it possible to derive conclusions with respect to the elements' structural behaviour as well as weight savings that can potentially be achieved compared to structural components made from normal concrete. Test results are subsequently replicated by numerical simulations. The models calibrated in this step establish the basis to develop numerical design methods that rely on the principle of topology optimization.
 
Source:     Beton- und Stahlbetonbau 110 (2015), No. 10
 
Page/s:     672-686
 
Language of Publication:     German



I would like to buy the article

You can download this article for 25 € as a PDF file (1.61 MB).
The PDF file can be read, printed and saved.
Duplication and forwarding to third parties is not allowed.


Please enter your email address now to start the order process.
The link for the download will be sent to the email address stated after the
order process has been completed.

Your email address


I am an online subscriber

As an online subscriber of the journal "Beton- und Stahlbetonbau" you can access this article via Wiley Online Library.

I would like to order "Beton- und Stahlbetonbau"

This article has been published in the journal "Beton- und Stahlbetonbau". If you would like to learn more about the journal, you can order a free sample copy or find out more information on our website.


Prices include VAT and postage. Prices for 2017/2018.
€ Prices apply to Germany only. Subject to alterations, errors excepted.