A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
Ein Beitrag zum Bemessungskonzept für punktgestützte Glastafeln
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen durchgeführt, die zu einem geschlossenen Bemessungskonzept für punktgestützte Glastafeln beitragen. Auf der Widerstandsseite wurde die Festigkeit von gebohrtem TVG (teilvorgespanntes Glas) untersucht und auf der Einwirkungsseite ein Ansatz zur Ermittlung der Klimalasten bei punktgestützten Isoliergläsern erarbeitet. Des Weiteren wurden Bemessungstafeln für punktgestützte Gläser mit Tellerhaltern und ein neuartiges Berechnungsverfahrens zur Bemessung von punktgestützten Gläsern mit beliebigen Punkthaltern entwickelt. Mit dem FE-Programm ANSYS wurde ein detailliertes 3D-Volumenmodell mit Kontaktansätzen erstellt und verifiziert, das dem Stand der Technik entspricht. Es diente als Referenzmodell für verschiedene Vergleichsrechnungen und Parameterstudien in dieser Arbeit. Als Grundlage der entwickelten Bemessungstafeln wurde mit der APDL (Ansys Parametric Design Language) eine Eingabedatei erstellt, die eine automatische Generierung des FE-Modells in Abhängigkeit der geometrischen, strukturellen und materiellen Parameter ermöglicht. Durch die Zusammenfassung derzeit bekannter Bemessungsansätze konnte gezeigt werden, wie aufwändig die Modellierung, Kalibrierung und Verifizierung der FE-Modelle (Finite-Elemente-Modelle) in der Praxis ist. Die Festigkeit im Lochbereich von gebohrtem TVG wurde an planmäßig 240 Kleinproben im Rahmen eines AiF-Forschungsvorhabens untersucht. Der Versuchsaufbau stellte einen Doppelring-Biegeversuch dar, der numerisch simuliert wurde, um mit den experimentell ermittelten Bruchlasten die Bruchspannung zu berechnen. Die statistische Auswertung der Bruchspannungen jeder Serie ergab, dass eine charakteristische Festigkeit von mehr als 70 N/mm2 auch im Bohrungsbereich angesetzt werden kann. Aus den Versuchsserien wurde ein Teilsicherheitsfaktor hergeleitet, mit dem der Bemessungswert des Widerstands gemäß (E DIN 18008-1) berechnet wurde. Mit Hilfe des FE-Modells konnte zudem ein Modifikationsfaktor β hergeleitet werden, der das Verhältnis der maximalen Spannungen in einer ungebohrten und einer gebohrten Probe beschreibt und eine analytische Berechnung der Bruchspannung ermöglicht. Der Faktor βwurde tabellarisch aufbereitet, und kann in Abhängigkeit von der Bohrungsgeometrie und deren Lage im Bezug auf die Zugzone abgelesen werden. Er kann beispielsweise im Rahmen einer Produktionskontrolle angewendet werden, um schnell und ohne den Aufwand einer numerischen Simulation die Festigkeit und somit die Qualität im Bohrungsbereich zu überprüfen. Zur Ermittlung der Klimalast bei punktgestützten Isoliergläsern wurde auf Grundlage der allgemeinen Gasgleichung gezeigt, dass das Volumen der Verformungsfigur maßgebend für die Höhe der Klimalast ist. Es kann durch den Volumenkoeffizient v charakterisiert werden, der bisher für punktgestützte Gläser unbekannt war. Mit Hilfe von FE-Berechnungen wurde der dickenunabhängige Flächenkoeffizient η ermittelt und für unterschiedliche Glasgeometrien tabelliert. Der Flächenkoeffizient η ergibt durch Multiplikation mit der Einheitsverformung den Volumenkoeffizienten und erlaubt damit eine direkte Bestimmung der resultierenden Lasten auf die Einzelscheiben einer Isolierglaseinheit. Vergleichsrechnungen mit einer derzeit angewendeten Näherungslösung und mit einem weiteren Ansatz haben die Faktoren einerseits bestätigt und andererseits gezeigt, dass wesentlich wirtschaftlichere Dimensionierungen möglich werden. Durch weitergehende Untersuchungen könnten die Flächenkoeffizienten η auch experimentell bestätigt werden. Die Entwicklung von Bemessungstafeln war ebenfalls Bestandteil des AiF-Forschungsvorhabens. Durch eine umfangreiche Parameterstudie wurde gezeigt, dass alle untersuchten geometrischen, strukturellen und materiellen Parameter einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Höhe der Spannungen und Verformungen im Bohrungs- oder Feldbereich haben. Wenn alle Parameterkombinationen berücksichtigt werden sollen, entstünde eine unübersichtliche Anzahl von Bemessungstafeln. Durch eine qualitative Einschätzung konnten bestimmte Parameter auf der sicheren Seite liegend gewählt und damit Bemessungstafeln für die maximalen Hauptzugspannungen im Bohrungs- und in den Feldbereichen (Plattenrand und Plattenmitte) und für die maximale Verformung in den Feldbereichen entwickelt werden.
Ein Beitrag zum Bemessungskonzept für punktgestützte Glastafeln
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen durchgeführt, die zu einem geschlossenen Bemessungskonzept für punktgestützte Glastafeln beitragen. Auf der Widerstandsseite wurde die Festigkeit von gebohrtem TVG (teilvorgespanntes Glas) untersucht und auf der Einwirkungsseite ein Ansatz zur Ermittlung der Klimalasten bei punktgestützten Isoliergläsern erarbeitet. Des Weiteren wurden Bemessungstafeln für punktgestützte Gläser mit Tellerhaltern und ein neuartiges Berechnungsverfahrens zur Bemessung von punktgestützten Gläsern mit beliebigen Punkthaltern entwickelt. Mit dem FE-Programm ANSYS wurde ein detailliertes 3D-Volumenmodell mit Kontaktansätzen erstellt und verifiziert, das dem Stand der Technik entspricht. Es diente als Referenzmodell für verschiedene Vergleichsrechnungen und Parameterstudien in dieser Arbeit. Als Grundlage der entwickelten Bemessungstafeln wurde mit der APDL (Ansys Parametric Design Language) eine Eingabedatei erstellt, die eine automatische Generierung des FE-Modells in Abhängigkeit der geometrischen, strukturellen und materiellen Parameter ermöglicht. Durch die Zusammenfassung derzeit bekannter Bemessungsansätze konnte gezeigt werden, wie aufwändig die Modellierung, Kalibrierung und Verifizierung der FE-Modelle (Finite-Elemente-Modelle) in der Praxis ist. Die Festigkeit im Lochbereich von gebohrtem TVG wurde an planmäßig 240 Kleinproben im Rahmen eines AiF-Forschungsvorhabens untersucht. Der Versuchsaufbau stellte einen Doppelring-Biegeversuch dar, der numerisch simuliert wurde, um mit den experimentell ermittelten Bruchlasten die Bruchspannung zu berechnen. Die statistische Auswertung der Bruchspannungen jeder Serie ergab, dass eine charakteristische Festigkeit von mehr als 70 N/mm2 auch im Bohrungsbereich angesetzt werden kann. Aus den Versuchsserien wurde ein Teilsicherheitsfaktor hergeleitet, mit dem der Bemessungswert des Widerstands gemäß (E DIN 18008-1) berechnet wurde. Mit Hilfe des FE-Modells konnte zudem ein Modifikationsfaktor β hergeleitet werden, der das Verhältnis der maximalen Spannungen in einer ungebohrten und einer gebohrten Probe beschreibt und eine analytische Berechnung der Bruchspannung ermöglicht. Der Faktor βwurde tabellarisch aufbereitet, und kann in Abhängigkeit von der Bohrungsgeometrie und deren Lage im Bezug auf die Zugzone abgelesen werden. Er kann beispielsweise im Rahmen einer Produktionskontrolle angewendet werden, um schnell und ohne den Aufwand einer numerischen Simulation die Festigkeit und somit die Qualität im Bohrungsbereich zu überprüfen. Zur Ermittlung der Klimalast bei punktgestützten Isoliergläsern wurde auf Grundlage der allgemeinen Gasgleichung gezeigt, dass das Volumen der Verformungsfigur maßgebend für die Höhe der Klimalast ist. Es kann durch den Volumenkoeffizient v charakterisiert werden, der bisher für punktgestützte Gläser unbekannt war. Mit Hilfe von FE-Berechnungen wurde der dickenunabhängige Flächenkoeffizient η ermittelt und für unterschiedliche Glasgeometrien tabelliert. Der Flächenkoeffizient η ergibt durch Multiplikation mit der Einheitsverformung den Volumenkoeffizienten und erlaubt damit eine direkte Bestimmung der resultierenden Lasten auf die Einzelscheiben einer Isolierglaseinheit. Vergleichsrechnungen mit einer derzeit angewendeten Näherungslösung und mit einem weiteren Ansatz haben die Faktoren einerseits bestätigt und andererseits gezeigt, dass wesentlich wirtschaftlichere Dimensionierungen möglich werden. Durch weitergehende Untersuchungen könnten die Flächenkoeffizienten η auch experimentell bestätigt werden. Die Entwicklung von Bemessungstafeln war ebenfalls Bestandteil des AiF-Forschungsvorhabens. Durch eine umfangreiche Parameterstudie wurde gezeigt, dass alle untersuchten geometrischen, strukturellen und materiellen Parameter einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Höhe der Spannungen und Verformungen im Bohrungs- oder Feldbereich haben. Wenn alle Parameterkombinationen berücksichtigt werden sollen, entstünde eine unübersichtliche Anzahl von Bemessungstafeln. Durch eine qualitative Einschätzung konnten bestimmte Parameter auf der sicheren Seite liegend gewählt und damit Bemessungstafeln für die maximalen Hauptzugspannungen im Bohrungs- und in den Feldbereichen (Plattenrand und Plattenmitte) und für die maximale Verformung in den Feldbereichen entwickelt werden.
Ein Beitrag zum Bemessungskonzept für punktgestützte Glastafeln
An article regarding the sizing concept of point-supported glass panels
Beyer, Jörg (author)
2007
197 Seiten, Bilder, Tabellen, 60 Quellen
Theses
German
Ein Beitrag zum Bemessungskonzept für punktgestützte Glastafeln
TIBKAT | 2007
|Rechnerisches Bemessungskonzept für absturzsichernde Glastafeln
UB Braunschweig | 2007
|Rechnerisches Bemessungskonzept für absturzsichernde Glastafeln
UB Braunschweig | 2007
|Beitrag zum Bemessungskonzept integraler Betonbrücken
TIBKAT | 2009
|Beitrag zum Bemessungskonzept integraler Betonbrücken
UB Braunschweig | 2009
|