Modulare Brückenbauwerke aus carbon‐faserbewehrtem Ultrahochleistungsbeton – Graph‐basierter Entwurf und trajektoriensensitive Fertigung

Abstract Für die Vorfertigung von Brückentragwerken in industrieller Fließfertigung sind weitreichende Veränderungen in Entwurf und Ausführung nötig. Deshalb erläutert dieser Aufsatz einen ganzheitlichen und durchgängig digitalen Planungsprozess für eine modulare Bauweise mit ebenen, additiv gefertigten Grundmodulen. Als Grundlage eines automatisierten Entwurfs wird das System mithilfe eines graph‐basierten Modells abgebildet, darauf aufbauende Graphersetzungsregeln erzeugen modulare Tragwerke gemäß zweier Herangehensweisen: Einerseits werden bestehende Bauteilgeometrien segmentiert, andererseits formalisieren Regeln die Aggregation zu Strukturen. Die zu diesem Prozessschritt vorrangig geometrische Information wird in eine semantisch reichhaltige Darstellung der Zerlegung entwickelt, sodass daraus ein hochdetailliertes Produktionsmodell für jedes Modul parametrisch instanziiert werden kann. Dieses Modell ist durch die flexible Beschreibung mit NURBS in der Lage, eine Vielzahl an Verbindungs‐ und Fügesituationen abzubilden. Schließlich fungiert es auch als Grundlage der Pfadgenerierung für die additive Fertigung. Der Druckpfad wird dabei entlang den Hauptzugspannungsrichtungen ermittelt, durch numerische Interpolation der Ergebnisse einer nichtlinearen FE‐Analyse. Entlang dieses Pfades wird die Ausrichtung von Carbonfaserbewehrung mithilfe angepasster Düsentechnik gesteuert, wodurch herausragende Materialeigenschaften der gefertigten Komponenten erreicht werden können.