Engel, Alexander (2023)
Beitrag zur Momenten-Auflager-Interaktion von Sandwichelementen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023806
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Sandwichelemente im Bauwesen werden vorwiegend als raumabschließende Dach- und Fassadenelemente im Industrie- und Hochbau eingesetzt. Da sie in der Regel als Mehrfeldträger verbaut werden, tritt an den Zwischenauflagern, bedingt durch die lokale Eindrückung aus der Auflagerkraft quer zur Bauteilachse, eine Reduktion der Biegetragfähigkeit auf. Die Bestimmung dieser reduzierten Knitterspannung erfolgt gegenwärtig ausschließlich versuchsgestützt mit Hilfe sog. Ersatzträgerversuche nach DIN EN 14509. Forschungsergebnisse zeigten Defizite hinsichtlich der dort verwendeten Randbedingungen auf, sodass die Biegetragfähigkeit überschätzt werden kann oder ungenutzte Reserven vorhanden sind. Ziel der Arbeit war daher die Entwicklung einer Momenten-Auflager-Interaktion, die eine realitätsnahe Bestimmung der reduzierten Knitterspannung ermöglicht. Die Untersuchungen wurden auf den Lastfall Querdruck und auf Sandwichelemente mit PU-Hartschaumkern begrenzt. Zur Erfüllung der Zielsetzung wurde sowohl ein analytischer Berechnungsansatz auf Basis von Spannungsnachweisen nach Theorie II. Ordnung der gebetteten Deckschicht als auch ein versuchsbasierter Interaktionsansatz verfolgt. Mit Hilfe einer breit aufgestellten Versuchsbasis und ergänzenden numerischen Parameterstudien an FE-Modellen wurden die relevanten Einflüsse auf die reduzierte Knitterspannung identifiziert sowie Rückschlüsse auf die Versagensmechanismen gezogen. Im Hinblick auf das analytische Berechnungsverfahren wurden zunächst Untersuchungen zur ungestörten (ideellen) Knitterspannung unter Berücksichtigung linierter Deckschichten sowie der Kerninhomogenität vorgenommen. Entwickelte Näherungslösungen zur ideellen Knitterspannung sowie deren Anwendung in einem analytischen Traglastmodell zeigten insgesamt gute Übereinstimmungen mit numerischen Vergleichsrechnungen. Mit Hilfe numerische Untersuchungen zur lokalen Eindrückung unter dem Zwischenauflager wurden relevante Einflüsse, wie z. B. das Auftreten von Randpressungen, herausgearbeitet. Ein daraus abgeleitetes analytisches Modell zeigte für größere Auflagerbreiten jedoch nur eine mäßige Übereinstimmung mit der Numerik. Auch der analytische Ansatz zur Berechnung der reduzierten Knitterspannung, welcher sich aus einer linearen Spannungsüberlagerung des Modells zur ungestörten Knitterspannung mit dem zur lokalen Eindrückung zusammensetzt, musste letztendlich aufgrund unzureichender Übereinstimmung mit numerischen Vergleichsrechnungen verworfen werden. Dahingegen stellte sich die entwickelte versuchsbasierte Interaktion, die mit Hilfe von zwei Ersatzträgerversuchen mit unterschiedlichen Spannweiten ermittelt werden kann und sich in den momentanen Zulassungsprozess einbinden lässt, als eine geeignete Methode zur Bestimmung der reduzierten Knitterspannung für den Lastfall Querdruck heraus.

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