Modul 2 – Strukturen & Systeme

In unserer Gesellschaft besteht ein immer grösserer Bedarf am Bau moderner Strukturen und an der Renovierung und Erhaltung der bestehenden Infrastruktur. Das Modul Strukturen & Systeme verfolgt folgende Themen:

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Knickfeste Versteifungselemente helfen, die Erdbebensicherheit von Gebäuden zu verbessern.
  • die Entwicklung intelligenter Strukturen, digital gefertigter Strukturen und neuartiger Systeme
  • die Implementierung neuartiger Materialien und deren Integration in Verbundstrukturen
  • die Verlängerung der Lebensdauer durch neue Reparatur- und Verstärkungslösungen (z.B. mit Formgedächtnislegierungen ("Shape Memory Alloys" - SMA) oder faserverstärkten Polymeren (FRP)).

Die digitale Fabrikation im Bauwesen (z.B. 3D-gedruckter Beton) ist eines der neuen Themen an der Empa und weltweit. In diesem Modul werden Forschungsprojekte zur Entwicklung von Vorspannstrategien für 3D-gedruckte-Elemente unter Verwendung von Formgedächtnislegierungen und/oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen verfolgt.

Ein weiteres Thema ist die Entwicklung von Materialien und Systemen, die die Emission und Übertragung von Schall und Vibrationen reduzieren. Ein Hauptziel ist die Reduktion der Schallübertragung bei Leichtbausystemen, die auf dem Leichtbauprüfstand der Empa experimentell charakterisiert und analysiert werden können.

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Links: Einbettung von "Memory-Stahl"-Streifen in Nuten in der Betondeckung eines Trägers. Rechts: Widerstandserhitzung der "Memory-Stahl"-Streifen zur Erzeugung der Vorspannung.

Die umfassende Erfahrung der Empa mit Sicherheits- und Zuverlässigkeitsbeurteilungen und mit der Sanierung von tragenden Strukturen ist ein weiteres wichtiges Element in diesem Modul, das die Erforschung von Baumaterialien ergänzt. Die Überwachungssysteme ermöglichen die kontinuierliche strukturelle Zustandsbestimmung eines Bauwerkes und damit dessen sichere Nutzung. Dafür ist die Entwicklung von zuverlässigen und erschwinglichen Sensornetzwerken und der zugehörigen elektronischen Hard- und Software für die Signalverarbeitung und -übertragung sowie von effizienten Algorithmen für die Datenauswertung zentral.

Die Sanierung bestehender Bauwerke, z.B. von Tunneln, Brücken und Gebäuden, birgt ein enormes wirtschaftliches und ökologisches Potenzial – etwa die verschiedenen Methoden zur Bewehrung von Beton und zur Versteifung von Stahl- und Aluminiumträgern durch externe Klebeverbindungen von ungespannten und vorgespannten karbonfaserverstärkten Kunststofflaminaten, die an der Empa entwickelt wurden. Diese Techniken sind mittlerweile weltweit im Einsatz und haben den Ruf der Empa als Vorreiterin auf diesem Gebiet geprägt.

Bei der Entwicklung neuer Verstärkungstechniken ist die Empa weiterhin führend, so etwa durch die Entwicklung und strukturelle Anwendung einer kostengünstigen Formgedächtnislegierung auf Eisenbasis, dem sogenannten "Memory-Stahl". Dieser wird inzwischen im industriellen Massstab hergestellt und wurde weltweit bereits in mehr als 50 Bauten eingesetzt.

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Biaxial karbonfaserverstärkte Spannbrücke aus Brettsperrholz und glasfaserverstärktem Kunststoff (GFRP) auf dem Empa-Campus in Dübendorf.
Prof. Dr. Moslem Shahverdi

Prof. Dr. Moslem Shahverdi
Research Topic Leader

Telefon: +41 58 765 4382