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Ein Beitrag zur Konstruktion von Tragsystemen unter Verwendung von transparenten Thermoplasten
Die Auslegung von Stegplatten aus PMMA mit Hilfe von FEM-Berechnungen zeigt, dass der sehr homogene Werkstoff PMMA gut mit der FEM abgebildet werden kann. Vor allem bei der Optimierung von Geometrien kann man hier das Potenzial des Materials noch effizienter ausnutzen. Bei der Reduzierung der Komplexität einer Geometrie sollte man immer eine Untersuchung durchführen, inwieweit die vereinfachte Geometrie zu Fehleinschätzungen führt. Für die dreidimensionale Optimierung wurde hier ein FE-Modell entwickelt, dass die Realität zufriedenstellend abbildet. Für die Entwicklung von Verbundträgern aus PMMA und einem zweiten Material ist eine kraftschlüssige Verbindungstechnik sehr wesentlich. Es wurden hier zwei Systeme der Verbindung unterschieden. Das sind zum Einen stiftförmige Verbindungsmittel, zum Anderen flächige Verbindungsmittel, wie zum Beispiel Verklebungen. Dazu wurden sehr viele Versuche durchgeführt und ein Bewertungssystem der Bohrlochqualität entwickelt. In diesem Bewertungssystem werden vier Qualitätsstufen unterschieden. In Abhängigkeit von der Dicke können Fehler toleriert werden oder die Bohrlöcher müssen von der Lasteinleitung ausgeschlossen werden. Bei flächigen Verbindungsmitteln kann man sehr gut die Stärken, wie Verformen oder Verkleben, des PMMA ausnutzen. Sowohl das Einprägen von Oberflächenstrukturen als auch das Einbringen von einer gefrästen Verzahnung lieferte gute Ergebnisse. Das Einkleben stellte sich als eine sinnvolle Verbindungsmöglichkeit heraus, die vor allem die Verbindung zu Stahlbauteilen erleichtern kann. Für einen Verbundträger kann eine Kombination wie eine Verstärkung einer Lochleibungsverbindung durch eingeprägte Bleche sehr sinnvoll sein. Für die untersuchten Verbundträger kommen neben dem PMMA verschiedene Kombinationsmaterialien wie Holz, Stahl Aluminium oder Glas in Frage. Durch die vielen Möglichkeiten bei der Verbindungstechnik und durch das sehr gute Verhältnis des E-Moduls zwischen Holz und PMMA stellt sich diese Kombination als sehr vielversprechend heraus. Es wurden mehrere Querschnittsformen untersucht. Dazu gehören sowohl 1-förmige Profile mit Holz und Stahl als auch ein Vollträger mit eingeklebtem Gewindestab und ein unterspannter Träger. Die Möglichkeiten mit den Materialkombinationen umzugehen sind sehr vielfältig. Durch die guten Bearbeitungsmöglichkeiten sind viele weitere Querschnittsformen denkbar. Von Verklebungen wurde bei den Versuchen wegen der ungelösten Problematik der Dauerhaftigkeit der Verbindung verzichtet. In einem Musterbauwerk, der Schlossgrabenbrücke in Darmstadt, wurde ein Verbundtragsystem aus PMMA und Holz zum ersten Mal eingesetzt. In nur neun Monaten wurde die Idee von einer Fußgängerbrücke in die Realität umgesetzt. Dabei sind die Hauptträger der Brücke so transparent, dass es nicht als Tragsystem wahrgenommen wird. Der Entwurf der Brücke nimmt sowohl die örtlichen Gegebenheiten, wie den Höhenunterschied zwischen den beiden Ufern, als auch viele andere Randbedingungen, wie die Anforderungen aus dem Denkmalschutz, auf. Eine halbjährliche Untersuchung der Brücke soll Veränderungen und Schäden am Bauwerk frühzeitig aufdecken. Durch die Vielfältigkeit der transparenten Thermoplaste und deren Bearbeitungsmöglichkeiten sind noch sehr viele Möglichkeiten für Tragsysteme offen. Dies betrifft andere Geometrien beim Erzielen der optimalen Geometrie für Stegplatten genauso, wie die Möglichkeiten für andere Querschnittsformen für Verbundträger. Auch der Bereich von Aussparungen und damit eine Gewichtsoptimierung des Tragsystems bieten noch ungenutzte Möglichkeiten. Auch fehlen bisher Bemessungsregeln für Verbundträger, die den Einsatz erheblich vereinfachen und erleichtern könnten.
Ein Beitrag zur Konstruktion von Tragsystemen unter Verwendung von transparenten Thermoplasten
Die Auslegung von Stegplatten aus PMMA mit Hilfe von FEM-Berechnungen zeigt, dass der sehr homogene Werkstoff PMMA gut mit der FEM abgebildet werden kann. Vor allem bei der Optimierung von Geometrien kann man hier das Potenzial des Materials noch effizienter ausnutzen. Bei der Reduzierung der Komplexität einer Geometrie sollte man immer eine Untersuchung durchführen, inwieweit die vereinfachte Geometrie zu Fehleinschätzungen führt. Für die dreidimensionale Optimierung wurde hier ein FE-Modell entwickelt, dass die Realität zufriedenstellend abbildet. Für die Entwicklung von Verbundträgern aus PMMA und einem zweiten Material ist eine kraftschlüssige Verbindungstechnik sehr wesentlich. Es wurden hier zwei Systeme der Verbindung unterschieden. Das sind zum Einen stiftförmige Verbindungsmittel, zum Anderen flächige Verbindungsmittel, wie zum Beispiel Verklebungen. Dazu wurden sehr viele Versuche durchgeführt und ein Bewertungssystem der Bohrlochqualität entwickelt. In diesem Bewertungssystem werden vier Qualitätsstufen unterschieden. In Abhängigkeit von der Dicke können Fehler toleriert werden oder die Bohrlöcher müssen von der Lasteinleitung ausgeschlossen werden. Bei flächigen Verbindungsmitteln kann man sehr gut die Stärken, wie Verformen oder Verkleben, des PMMA ausnutzen. Sowohl das Einprägen von Oberflächenstrukturen als auch das Einbringen von einer gefrästen Verzahnung lieferte gute Ergebnisse. Das Einkleben stellte sich als eine sinnvolle Verbindungsmöglichkeit heraus, die vor allem die Verbindung zu Stahlbauteilen erleichtern kann. Für einen Verbundträger kann eine Kombination wie eine Verstärkung einer Lochleibungsverbindung durch eingeprägte Bleche sehr sinnvoll sein. Für die untersuchten Verbundträger kommen neben dem PMMA verschiedene Kombinationsmaterialien wie Holz, Stahl Aluminium oder Glas in Frage. Durch die vielen Möglichkeiten bei der Verbindungstechnik und durch das sehr gute Verhältnis des E-Moduls zwischen Holz und PMMA stellt sich diese Kombination als sehr vielversprechend heraus. Es wurden mehrere Querschnittsformen untersucht. Dazu gehören sowohl 1-förmige Profile mit Holz und Stahl als auch ein Vollträger mit eingeklebtem Gewindestab und ein unterspannter Träger. Die Möglichkeiten mit den Materialkombinationen umzugehen sind sehr vielfältig. Durch die guten Bearbeitungsmöglichkeiten sind viele weitere Querschnittsformen denkbar. Von Verklebungen wurde bei den Versuchen wegen der ungelösten Problematik der Dauerhaftigkeit der Verbindung verzichtet. In einem Musterbauwerk, der Schlossgrabenbrücke in Darmstadt, wurde ein Verbundtragsystem aus PMMA und Holz zum ersten Mal eingesetzt. In nur neun Monaten wurde die Idee von einer Fußgängerbrücke in die Realität umgesetzt. Dabei sind die Hauptträger der Brücke so transparent, dass es nicht als Tragsystem wahrgenommen wird. Der Entwurf der Brücke nimmt sowohl die örtlichen Gegebenheiten, wie den Höhenunterschied zwischen den beiden Ufern, als auch viele andere Randbedingungen, wie die Anforderungen aus dem Denkmalschutz, auf. Eine halbjährliche Untersuchung der Brücke soll Veränderungen und Schäden am Bauwerk frühzeitig aufdecken. Durch die Vielfältigkeit der transparenten Thermoplaste und deren Bearbeitungsmöglichkeiten sind noch sehr viele Möglichkeiten für Tragsysteme offen. Dies betrifft andere Geometrien beim Erzielen der optimalen Geometrie für Stegplatten genauso, wie die Möglichkeiten für andere Querschnittsformen für Verbundträger. Auch der Bereich von Aussparungen und damit eine Gewichtsoptimierung des Tragsystems bieten noch ungenutzte Möglichkeiten. Auch fehlen bisher Bemessungsregeln für Verbundträger, die den Einsatz erheblich vereinfachen und erleichtern könnten.
Ein Beitrag zur Konstruktion von Tragsystemen unter Verwendung von transparenten Thermoplasten
Eckhardt, Christian (author)
2009
115 Seiten, Bilder, Tabellen, 44 Quellen
Theses
German
Bauen mit transparenten Thermoplasten
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|Bauen mit transparenten Thermoplasten
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