Optimierungsstrategien für Parabolschalen zur Solarstrahlenkonzentration aus Hochleistungsbeton

In der Arbeit werden Optimierungsstrategien hergeleitet, welche im Sinne einer hierarchisch aufgebauten Strukturoptimierung auf mehreren Betrachtungsebenen angelegt sind. Wesentliche Entwicklungen erfolgen auf konzeptioneller und struktureller Ebene. Die Optimierung ist an die restriktiven und stark spezifischen Randbedingungen von Unterkonstruktionen für Parabolrinnen solarthermischer Kraftwerke aus Hochleistungsbeton angepasst. Dabei besteht der Anspruch sowohl an eine massenminierte Struktur zur Reduzierung des materialbedingten monetären Aufwands als auch hoher Steifigkeit zur Sicherstellung der optischen Wirksamkeit. Ein aus den Oberflächenverfomungen abgeleitetes Wirksamkeitskriterium, welches die reflektierte Solarstrahlung in Abhängigkeit ihres Winkelfehlers wichtet, dient der Vorhersage der optischen Wirksamkeit. Zur Bestimmung der Verformungen werden Modellansätze für die spezifischen Beanspruchungen und materiell- sowie herstellungsbedingte Formabweichungen hergeleitet. Da Parabolrinnenkollektoren einachsig der Sonne nachgeführt werden, sind die spezifischen Beanspruchungen in auslenkungsabhängige Belastungen, wie Eigen- und Windlasten, sowie Zwangsbeanspruchungen infolge instationärer Temperaturfelder unterteilt. Die Optimierungsstrategie auf konzeptioneller Ebene ist von der Adaption ingenieurtechnisch sinnvoller Tragmechanismen geprägt, wodurch Trag- und Reflektorstruktur vereint werden. Auf Tragwerksebene wird ein direktes Optimierungsverfahren, um eine Voroptimierung mithilfe von sensitivitätsbasierten Metamodellen erweitert. Verschiedene Modelle mit primär kraftflussaffinen, diagonalen Aussteifungssystemen werden so analysiert und hinsichtlich der gegenläufigen Zielfunktionen bewertet.