Bauschwingungsdämpfer

 

Aktive Regelung eines Semi-aktiven Flüssigkeitsdämpfers zur Tilgung von Erregerschwingungen in Bauwerken

 

Motivation

Zur Gewährleistung der dynamischen Standsicherheit von Bauwerken und zur Verbesserung der strukturellen Langlebigkeit ist der Einsatz von Dämpfungssystemen essentiell. Für Architekten sowie Betreiber von Bauwerken spielt die Suche nach einem geeigneten Dämpfersystem und insbesondere der Raumbedarf eine maßgebende Rolle. Semi-aktive Flüssigkeitsdämpfer, engl.: Semi-active Tuned Liquid Column Damper S-TLCD, haben hier aufgrund ihrer hohen Flexibilität im Vergleich zu den mechanischen Dämpfern einen großen Vorteil, da der Horizontalabschnitt des Flüssigkeitstanks an beliebig komplexe Formen angepasst werden kann. Zudem ist eine aktive Manipulation der Dämpfereigenschaften möglich, wodurch eine Adaption des Dämpfers auf unterschiedliche Systeme stattfinden kann.

 

Projektziele und Methoden

Urheberrecht: © BMBF

Ziel des Projekts ist es, einen S-TLCD in einer Laborumgebung zu entwickeln und im Anschluss im Realmaßstab zu implementieren und zu validieren. Dazu erfolgt im Rahmen dieses Projekts, aufbauend auf dem bereits an der RWTH Aachen entwickelten Konzept eines S-TLCD zur Tilgung eindimensionaler Erregerschwingungen, eine Erweiterung des S-TLCD‘s zur Kompensation realer Schwingungsszenarien. Die Untersuchung bezieht sich dabei insbesondere auf schlanke Tragwerke, wie zum Beispiel Windenergieanlagen oder Hochhäuser. Dementsprechend erfolgt die Implementierung des Dämpfersystems an einem industriellen Testschornstein des Instituts für Stahlbau, kurz STB, der RWTH Aachen University. Zur Kompensation der aufgeprägten, hochdynamischen Schwingungen wird die Anwendung von modellbasierten Regelungsansätzen erforscht. Für diese Ansätze ist einerseits Prozesswissen, in Form eines Modells, zwingend erforderlich, andererseits besteht die Möglichkeit zukünftiges Systemverhalten zu prädizieren und Rand- und Nebenbedingungen explizit zu berücksichtigen.

 

Innovation und Perspektiven

Analog zu den Automobilstoßdämpfern kann das Dämpfungssystem die Schwingungsenergie effizient minimieren. Das Hochhaus in Taipei sowie der Berliner Fernsehturm verfügen bereits über Dämpfungssysteme bestehend aus einer Pendelmasse. Jedoch verursachen Änderungen der Bauwerksparameter sowie Belastungssituationen im Laufe der Betriebszeit einen Wirkungsverlust bei diesen passiven Maßnahmen. Der S-TLCD kann auf diese Änderungen reagieren, indem er seine Parameter selbständig anpasst. Dadurch erreicht der S-TLCD im Vergleich zu den konventionellen Maßnahmen eine deutlich höhere Stabilität und Effizienz.

 

Projektpartner
RWTH Aachen, LBB - Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik Center of Wind and Earthquake Engineering