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Untersuchung des Tragverhaltens von in die Zwischenschicht von Verbundglas integrierten Lasteinleitungselementen
Ein neu entwickeltes Zwischenschichtmaterial für Verbundglas (SentryGlas®, SG) ermöglicht einen innovativen Verbindungsansatz im Glasbau, bei dem die Last über ein in die Verbundglaszwischenschicht integriertes Metallelement (Insert) eingeleitet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Tragverhalten einer Insertverbindung unter kurzzeitiger Zugbelastung untersucht und eine Methode zur Berechnung der Spannungsverteilung innerhalb einer Insertverbindung entwickelt. Eine Geometrieanpassung zeigte abschließend, dass durch eine Veränderung der Insertgeometrie die Spannungsverteilung im Verbundglas beeinflusst und tragstrukturell optimiert werden kann. Zugversuche am Folienmaterial dienten der Ableitung eines SG-Materialmodells für diskrete Dehnraten und Temperaturen (23 °C, 40 °C, 75 °C). Eine numerische Simulation bildete die Zugversuche ab und zeigte eine gute Übereinstimmung der experimentellen und der numerischen Ergebnisse. Darauffolgend wurde das Tragverhalten der Insertverbindung untersucht und Auszugsversuche durchgeführt. Da diese Versuche dazu dienten, die Abbildbarkeit des mechanischen Verhaltens von SG zu überprüfen, folgte die Festlegung der Versuchsparameter der Prämisse, möglichst große Verformungen im SG hervorzurufen und ein frühzeitiges Versagen durch Metallfließen oder Glasbruch zu vermeiden. Die Auszugsversuche zeigten, dass bei geringen Verformungen ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung besteht. Dabei wiesen die Versuche bei 23 °C die größte und bei 75 °C die geringste Steifigkeit auf. Mit zunehmender Verformung waren Ablöseerscheinungen (23 °C, 40 °C) bzw. Blasenbildung (75 °C) am Insertende und eine Abnahme der Steigung der Kraft-Verformungsbeziehung zu beobachten. Beim Erreichen der Maximallast war ein Versatz zwischen dem Insertende und dem SG zu erkennen. Zur Berücksichtigung des visko-elastischen Verhaltens von SG wurde bei der numerischen Simulation der Insertverbindung ein iteratives Vorgehen verwendet, bei dem das Materialmodell an die beim Versuch auftretende Dehngeschwindigkeit angepasst wurde. Ein Vergleich der numerisch berechneten mit der experimentell ermittelten Kraft-Weg-Beziehung zeigte insbesondere bei Belastungsbeginn eine gute Übereinstimmung. Im Bereich größerer Verformungen bildete das numerische Modell die Versuche nur bedingt ab, da es kein Schädigungsmodell beinhielt, das die im Experiment auftretenden Ablöseerscheinungen erfasste. Dennoch war das numerische Modell geeignet, die Spannungsverteilung in der Insertverbindung bei geringer Belastung abzubilden und einen Vergleich der Spannungsverteilungen bei unterschiedlichen Geometrien zu ermöglichen. Die numerische Analyse des Tragverhaltens zeigte, dass die Kraft flächig über das Insert und über eine Zugkraft am Insertende übertragen wurde. Dabei war die Kraftaufteilung abhängig von der Steifigkeit der Verbundpartner. Aufgrund des steifen Materialverhaltens von SG bei 23 °C wurde bei den gewählten Abmessungen die Last zu einem großen Anteil über die Insertfläche übertragen, wohingegen die geringere Steifigkeit von SG bei 75 °C eine große Zugkraft am Insertende hervorrief. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde die Insertgeometrie angepasst. Damit gelang es, bei gleicher Metallansichtsfläche und unter gleicher Belastung die Spannungsverteilung innerhalb der Insertverbindung zu beeinflussen und Spannungsspitzen zu reduzieren.
Untersuchung des Tragverhaltens von in die Zwischenschicht von Verbundglas integrierten Lasteinleitungselementen
Ein neu entwickeltes Zwischenschichtmaterial für Verbundglas (SentryGlas®, SG) ermöglicht einen innovativen Verbindungsansatz im Glasbau, bei dem die Last über ein in die Verbundglaszwischenschicht integriertes Metallelement (Insert) eingeleitet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Tragverhalten einer Insertverbindung unter kurzzeitiger Zugbelastung untersucht und eine Methode zur Berechnung der Spannungsverteilung innerhalb einer Insertverbindung entwickelt. Eine Geometrieanpassung zeigte abschließend, dass durch eine Veränderung der Insertgeometrie die Spannungsverteilung im Verbundglas beeinflusst und tragstrukturell optimiert werden kann. Zugversuche am Folienmaterial dienten der Ableitung eines SG-Materialmodells für diskrete Dehnraten und Temperaturen (23 °C, 40 °C, 75 °C). Eine numerische Simulation bildete die Zugversuche ab und zeigte eine gute Übereinstimmung der experimentellen und der numerischen Ergebnisse. Darauffolgend wurde das Tragverhalten der Insertverbindung untersucht und Auszugsversuche durchgeführt. Da diese Versuche dazu dienten, die Abbildbarkeit des mechanischen Verhaltens von SG zu überprüfen, folgte die Festlegung der Versuchsparameter der Prämisse, möglichst große Verformungen im SG hervorzurufen und ein frühzeitiges Versagen durch Metallfließen oder Glasbruch zu vermeiden. Die Auszugsversuche zeigten, dass bei geringen Verformungen ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung besteht. Dabei wiesen die Versuche bei 23 °C die größte und bei 75 °C die geringste Steifigkeit auf. Mit zunehmender Verformung waren Ablöseerscheinungen (23 °C, 40 °C) bzw. Blasenbildung (75 °C) am Insertende und eine Abnahme der Steigung der Kraft-Verformungsbeziehung zu beobachten. Beim Erreichen der Maximallast war ein Versatz zwischen dem Insertende und dem SG zu erkennen. Zur Berücksichtigung des visko-elastischen Verhaltens von SG wurde bei der numerischen Simulation der Insertverbindung ein iteratives Vorgehen verwendet, bei dem das Materialmodell an die beim Versuch auftretende Dehngeschwindigkeit angepasst wurde. Ein Vergleich der numerisch berechneten mit der experimentell ermittelten Kraft-Weg-Beziehung zeigte insbesondere bei Belastungsbeginn eine gute Übereinstimmung. Im Bereich größerer Verformungen bildete das numerische Modell die Versuche nur bedingt ab, da es kein Schädigungsmodell beinhielt, das die im Experiment auftretenden Ablöseerscheinungen erfasste. Dennoch war das numerische Modell geeignet, die Spannungsverteilung in der Insertverbindung bei geringer Belastung abzubilden und einen Vergleich der Spannungsverteilungen bei unterschiedlichen Geometrien zu ermöglichen. Die numerische Analyse des Tragverhaltens zeigte, dass die Kraft flächig über das Insert und über eine Zugkraft am Insertende übertragen wurde. Dabei war die Kraftaufteilung abhängig von der Steifigkeit der Verbundpartner. Aufgrund des steifen Materialverhaltens von SG bei 23 °C wurde bei den gewählten Abmessungen die Last zu einem großen Anteil über die Insertfläche übertragen, wohingegen die geringere Steifigkeit von SG bei 75 °C eine große Zugkraft am Insertende hervorrief. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde die Insertgeometrie angepasst. Damit gelang es, bei gleicher Metallansichtsfläche und unter gleicher Belastung die Spannungsverteilung innerhalb der Insertverbindung zu beeinflussen und Spannungsspitzen zu reduzieren.
Untersuchung des Tragverhaltens von in die Zwischenschicht von Verbundglas integrierten Lasteinleitungselementen
Investigation of the load transfer behaviour of metal inserts embedded in laminated glass
Puller, Kerstin (author) / Universität Stuttgart (host institution)
2012
Miscellaneous
Electronic Resource
German
DDC:
624
UB Braunschweig | 2012
|TIBKAT | 2012
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