Thilo Schmidt: Evolutionäre Optimierung von Hohlkörpern in Stahlbetonplatten, Kartoniert / Broschiert

Klappentext

In der Arbeit wird eine Methode zur materialreduzierten Gestaltung von Stahlbetonplatten durch die gezielte Anordnung individuell geformter Hohlkörper entwickelt. Dabei wird die innere Geometrie der Platte an die lokal auftretenden Beanspruchungen aus Biegemoment und Querkraft angepasst. Durch diese schnittgrößenaffine Gestaltung kann Beton dort eingespart werden, wo er für die jeweilige Tragfähigkeit von untergeordneter Bedeutung ist. Grundlage des Verfahrens bildet ein Ansatz zur gezielten Einstellung definierter Kombinationen aus Biegemoment und Querkraft mithilfe äußerer Lasten bei Balken. Darauf aufbauend werden Hohlkörper in einem evolutionären Optimierungsprozess hinsichtlich Form und Größe optimiert, um für diskret vorgegebene Zieltragfähigkeiten eine möglichst hohe Betonreduktion zu erreichen. Die Tragfähigkeitsanalyse erfolgt mithilfe materiell nichtlinearer numerischer Simulationen. Für eine zeiteffiziente Optimierung werden substrukturbasierte Ersatzmodelle verwendet, die die lokale Beanspruchung eines Plattentragwerks in der maßgebenden Hauptrichtung approximieren. Zusätzlich wird ein Reduktionsansatz zur Simulation räumlicher Kontinua mit komplexen inneren Geometrien auf Basis von Scheibenmodellen eingeführt. Durch wiederholte Optimierungsberechnungen für unterschiedliche Zielschnittgrößen wird eine übergeordnete Lösungsmenge des mehrkriteriellen Optimierungsproblems aus Tragfähigkeit und Betonreduktion abgeleitet, die auf unterschiedliche Plattentragwerke mit identischen Randbedingungen angewendet werden kann. Die bedarfsgerechte Betonverteilung ermöglicht eine deutliche Reduktion der Betonmenge, ohne die maßgebende Versagensform zu ändern oder die erforderliche Tragfähigkeit gegenüber konventionellen Platten mit Massivquerschnitt herabzusetzen.