Hidrolik temelli çok hafif yapılar | Bosch Rexroth Türkiye
BD 171/12 31-05-2012
Bugüne kadar yapılar sabit bir maksimum gerilime göre tasarlanıyordu; buna karşın bu tip gerilim sadece çok nadiren ve kısa süreler için gerçekleşir. Dolayısıyla bugün kullanılan inşaat malzemelerinin büyük bölümü ise uç yüklere hizmet etmekte ve nadiren etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Stuttgart Üniversitesi’nde geliştirilen çok hafif yapıların amacı, malzemeden büyük oranda tasarruf etmek ve yapıyı aktif bir şekilde manipüle ederek dinamik yüklere daha iyi reaksiyon vermesini sağlamaktır. Stuttgart’daki ahşap kabuk yapı örneğinde ise bahsedilen bu manipülasyon hidrolik tahrik sistemleri ile sağlanmıştır: bu tahrik sistemleri kabuğun destek noktalarına konulmuş ve rüzgâr, kar ya da dış etkenlerin oluşturduğu deformasyon ve malzeme gerilimini özel bir yöntemle bertaraf edecek hareketler yaratılmıştır.
Stuttgart Üniversitesinin Hafif Yapılar ve Kavramsal Tasarım Enstitüsü (ILEK) ve Sistem Dinamikleri Enstitüsü (ISYS) Bosch Rexroth ile birlikte çalışarak ilk defa büyük ölçekte bir uyarlanabilir yapıyı meydana getirmişlerdir. Ahşap kabuk yapı dört noktadan desteklenmektedir. Bu noktaların üç tanesinin her biri hidrolik silindirlerle ayrı ayrı hareket edebilirler ve serbest konumdadırlar. Sensörler yapının birçok noktasındaki yük durumunu kaydetmektedirler. Destek noktalarındaki hareket değişken yüklere (örneğin kar ya da rüzgâr gibi) karşılık vermektedir ve böylelikle deformasyonlar ve malzeme gerilimi azalmaktadır.
Geleneksel pasif yapılarla karşılaştırıldığında bu hareketlilik kayda değer şekilde kabukta kullanılan malzeme miktarını azaltmıştır. Yük dengesi hidrolik tahrik sistemlere özel geliştirilmiş bir Rexroth kontrol sistemi tarafından gerçekleştirilir. Bu kontrol sisteminin ana görevi kabuk yapısının karmaşık hidrolik kontrol fonksiyonlarını yerine getirmektir. Bu şekilde, destekleyici yapı mili saniyeler içerisinde yük değişimlerine tepki verebilmektedir.
Aktif bir titreşim önleme ve değişken yüklere adaptasyon birçok inşaat alanında yapısında uygulanabilir: örneğin stadyum çatılarında, yüksek binalarda, geniş ön yüzeyli yapılarda ya da köprülerde. Stuttgart Üniversitesi’nde yapılan bu araştırma projesinin sonuçları böylelikle, sadece kaynaktan tasarruf edilmesini sağlamakla kalmayan aynı zamanda destekli yapıların performansını büyük oranda artıran yeni bir yapı inşa yönteminin kapılarını açmıştır. Dinamik yükleri aktif bir şekilde önleme (rüzgâr, deprem ya da patlama gibi) sadece ağırlıkta büyük ölçüde tasarruf edilmesini sağlamakla kalmaz aynı zamanda malzeme yorgunluğunu ve yapıya vereceği zararları da azaltır.
Etkin bir şekilde yüklerin ve titreşimlerin denkliğini bulabilmek için, öncelikle bu etkileri yaratan faktörleri tam olarak kayıt altına alınmalı ve bunu takiben tahminler yapılmalı; ikinci adımda ise gerçek hayatta gerek duyulan karşı hareketlerin hesaplanması ve aynı zamanda uygulanmasıdır. Stuttgart Üniversitesi’nden araştırmacılar bu amac doğrultusunda, yapının davranışlarını tam olarak kestirebilmek için bir simülasyon modeli geliştirmişlerdir. Statik ve dinamik etkilere maruz kalındığında malzeme gerilimi ve aynı zamanda titreşim davranışı göz önünde bulundurulmuştur. Bu simülasyon modelleri, kaydedilmiş olan ölçülen değerlere dayanarak yük altında ve titreşim önleme durumunda gerekli olan karşı hareketleri hesaplayan kontrol kavramlarının geliştirilmesine temel teşkil etmektedirler. Bu hareketler tam olarak hidrolik sistemler tarafından gerçekleştirilmişlerdir.
Projenin bilimsel temelleri son yıllarda ILEK ve ISYS enstitülerinde atılmıştır. Bosch Rexroth bu prototipin hareketli elemanlarını tedarik etmiştir. Stuttgart Üniversitesi ile yakın işbirliği içerisinde, şirket projenin yönetimini, hidroliklerin seçimini ve tasarımını ve aynı zamanda devreye almayı da üstlenmiştir. Hafif Yapılar ve Kavramsal Tasarım Enstitüsü (ILEK) inşaat alanında uyarlanabilir sistemlerin araştırmasında öncü bir kurumdur; ilk prototip küçük ölçekte yıllar önce Stuttgart Girder ile birlikte gerçekleştirilmiştir. Sistem Dinamikleri Enstitüsünün (ISYS) öne çıktığı nokta ise dinamik sistemlerin analizi ve hedeflenen etkisidir. Bu amaca yönelik olarak enstitü, yapının koordine edilmiş hareketlerini meydana getiren kontrol yapıları geliştirmiştir. Bosch Rexroth AG tahrik ve kontrol teknolojileri alanına dünyanın önde gelen uzman firmalarından biridir. Şirket Mobil Uygulamalar, Makine Uygulamaları ve Mühendisliği, Fabrika Otomasyonu ve Yenilenebilir Enerji için iş ortağıdır. The Drive&Control Company olarak Bosch Rexroth 80'den fazla ülke için komponent ve sistemler geliştirmekte, üretmekte ve pazarlamaktadır.
Proje bir değerlendirme modeli olarak, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) tarafından desteklenen Hybride Intelligente Konstruktionselemente adı verilen bir araştırmacılar grubuna entegre edilmiştir. Bu araştırmacılar grubu makine mühendisliğinden, uzay teknolojisinden, inşaat mühendisliğinden ve süreç mühendisliğinden uzmanları bir araya getirmektedir. Buna ilaveten proje Prof. Leander Bathon (RheinMain Üniversitesi Institut für Baustoffe und Konstruktion, Wiesbaden) ve Prof. Uwe Heisel'den (Stuttgart Üniversitesi Institut für Werkzeugmaschinen) destek almıştır. Ayrıca proje aşağıdaki endüstriyel ortaklar tarafından desteklenmektedir: Sensor-Technik Wiedemann GmbH, Eschenbach Zeltbau GmbH & Co. KG, Wilhelm Gerüstbau GmbH, Ulrich Lübbert Warenhandel GmbH & Co. KG, Friedrich Wahl GmbH & Co. KG, Leitz GmbH & Co. KG ve Rütgers Organics GmbH.