Ein Beitrag zur Evolution des Tensegrity-Konzeptes - Zur Erhöhung der Steifigkeit von Seil-Stab-Systemen

Wolkowicz, Christian

In der vorliegenden Arbeit werden auf Basis des Tensegrity-Konzeptes Strukturen entwickelt und vorgestellt, welche durch einen signifikanten Steifigkeitszuwachs in der Lage sind, die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit von Tragwerken zu erfüllen. Selbstverankerte Strukturen mit aufgelösten Druckstäben werden als Seil-Stab-Systeme bezeichnet und sind alleiniger Gegenstand aller angestellten Betrachtungen. Tensegrity-Strukturen sollen eine Untergruppe der Seil-Stab-Systeme darstellen, deren symptomatische Eigenschaft eine sich im Tensegrity-Zustand befindliche Geometrie ist. Einer Definition des Tensegrity-Zustandes folgt ein Überblick über die zur Untersuchung von Seil-Stab-Systemen notwendigen Berechnungsalgorithmen. Der Kern der Arbeit beschäftigt sich zunächst mit dem Einfluss der Geometrie auf die Empfindlichkeit von Seil-Stab-Systemen gegenüber unvermeidlichen Herstellungstoleranzen sowie dem Einfluss von Topologie, Vorspannung, lokaler Steifigkeit der Elemente und Geometrie auf die Steifigkeit dieser Systeme. Darauf aufbauend wird eine Möglichkeit gezeigt, die Steifigkeit von beweglichen Seil- Stab-Systemen merklich zu erhöhen, ohne die Strukturen durch zusätzliche Elemente oder Verbindungen optisch zu verändern. Der zu erzielende Steifigkeitszuwachs wird mittels Vergleichrechnungen und durchgeführten Belastungsversuchen verifiziert.

In the here presented document structures, based on the Tensegrity concept, are developed and introduced which are able to fulfil the demands towards the service state of a load bearing structure due to a significant increase of its stiffness. Self anchored structures with dissolved compression struts are named cable-strut-systems and are the exclusive topic of considerations carried out. Tensegrity structures shall be a sub division of the cable strut systems with a geometry in the Tensegrity state as the determining characteristic. After a definition of the Tensegrity state an overview about the calculation algorithms necessary for the examination of cable-strut-systems is given. The main part initially deals with the influence of geometry on the sensitivity of cable-strut systems against unavoidable manufacturing tolerances as well as with the influence of topology, pre-stress, local stiffness of the elements and the geometry on the stiffness of those systems. Based on these considerations an opportunity to increase the stiffness of kinematic cable-strut systems significantly without changing the visual effects by adding elements is presented. Comparative calculations and mock-up tests were used to verify the achievable increase of the stiffness.

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Wolkowicz, Christian: Ein Beitrag zur Evolution des Tensegrity-Konzeptes - Zur Erhöhung der Steifigkeit von Seil-Stab-Systemen. 2009.

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