Allgemeines über Sandwichelemente Formaler Hintergrund ...
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Tragverhalten von Sandwichelementen
Allgemeines über Sandwichelemente
Systeme und Lasten
Schnittgrößenermittlung
Ebene / Profilierte Deckbleche
Langzeitverhalten
Versagensarten
Formaler Hintergrund
Tragverhalten von Sandwichelementen
Sandwich Sandwichpaneel
Allgemeines
Tragverhalten von Sandwichelementen
Traglast 0
ohne Verbund
Traglasterhöhung durch Sandwichwirkung
Deckschichten: tD = 0,5 mm
Kernmaterial: PUR, d = 60 mm
Breite: b = 1,00 m
Belastung: kurzzeitig 4,00 m
Tragverhalten von Sandwichelementen
Deckblech unten
Deckblech oben
Kernmaterial
(PUR Hartschaum)
Deckschicht Kern
Kern
Tragverhalten von Sandwichelementen
• Polyrurethan, Polyisocyanat - (PUR, PIR) Hartschaum; Dichte = 40-50 kg/m3; selbstverklebend geschäumt in Conti-Anlage
• Polystyrol - (PS; EPS, XPS) Schaum, Dichte 15 kg/m3; Verklebte Elemente
• Mineralwolle Dichte = 90 - 150 kg/m3; Verklebte Elemente
• Neue Entwicklungen Resolschaum; Hybrid Schäume, Perlite usw.
Kernwerkstoffe
Tragverhalten von Sandwichelementen
• Stahl tN = 0,40 - 1,00 mm, fy,k = 280 - 350 N/mm2; Korrosionsschutz nach DIN 55928
• Aluminium
z.B.: Al Mn 1 Mg 0,5; tN = 0,50 - 0,70 mm, Rp;0,2 = 140 - 220 N/mm²
• Kupfer z.B.: SF-Cu Nr. 2.0090; tN = 0,50 - 0,70 mm, Rp;0,2 = 280 N/mm²
• Edelstahl
• Holzwerkstoffe Plattenförmige Holzwerkstoffe; z.B.: OSB, Sperrholzplatten; d = 3 bis 25 mm
• GFK t = 0,50 – 5,0 mm, Rp;0,2 = 20 - 50 N/mm2
Deckschichten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Eben
Gesickt
Mikroliniert
Gewellt
Liniert
Wellenförmig profiliert
Profiliert
Trapezförmig profiliert
Tragverhalten von Sandwichelementen
Hallenbau
Bürogebäude
Tragverhalten von Sandwichelementen
hochwertiges Design
Dachbereich
Tragverhalten von Sandwichelementen
möglicher Dachaufbau
Dachelement – Sandwichbauweise
Tragverhalten von Sandwichelementen
Tragfähigkeit
Dampfsperre
Wärmedämmung
Regenhaut und Betretbarkeit
Tragverhalten von Sandwichelementen
Sandwichelemente erfüllen die gleichen Funktionen mit :
geringerem Materialeinsatz
höherer Qualität
großem Zeitvorteil
Tragverhalten von Sandwichelementen
• Bis Oktober 2010:
in Deutschland:
Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des DIBt
oder
ECCS/CIB-Recommendation
• Aktuell:
Europäische Norm EN 14509 Selbsttragende Sandwich-Elemente mit beidseitigen
Metalldeckschichten - Werkmäßig hergestellte Produkte -
Spezifikationen
Formaler Hintergrund
Tragverhalten von Sandwichelementen
Wandriegel
Dachpfetten
Rahmen
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
liniengelagert
statisch bestimmt statisch unbestimmt
einachsige Tragrichtung
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
• Ständige Lasten Eigengewicht DIN 1055
abgehängte Lasten etc. DIN 1055
• Veränderliche Lasten
Wind DIN 1055
Schnee DIN 1055
• Kriechen im Kern gem. Zulassungen/EN 14509
• Temperaturdifferenz gem. Zulassungen/EN 14509
Sommerlastfall DTSommer
Winterlastfall DTWinter
Df f
+80°C
+25°C
f
0°C
+20°C
Schnee
f
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Eigengewicht
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Schnee
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Wind
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Temperatur Sommer
Taußen = +80 °C
Tinnen = +25 °C
Taußen =
+80
°C
Taußen =
+80 °C
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Temperatur Winter
Taußen = 0 °C
Tinnen = +20 °C
Taußen =
- 20°C Taußen =
- 20°C
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Kriechen der Kernschicht
Systeme und Lasten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Schnittgrößenermittlung bei Sandwichbauteilen
Bemessung unter Berücksichtigung des elastischen Verbundes
der Deckschichten mit dem Kern
Lineare Sandwichtheorie
Verfahren zur Schnittgrößenermittlung Erweitertes Kraftgrößenverfahren
Differenzenmethode
Finite-Element-Method (FEM)
Näherungslösungen mit Tabellen oder Grafiken
Schnittgrößenermittlung
Tragverhalten von Sandwichelementen
Starrer Verbund Elastischer Verbund
Schubsteifigkeit 0 < G <
g1 0 ; d 0 Schubsteifigkeit G =
g1 = -w´ ; d = 0
Theorie des elastischen Verbundes
Biegemoment M = - EI w“
Querkraft Q = M´
Biegemoment MS = BS (δ´- w“)
Querkraft QS = MS´= Ac*Geff*g
Tragverhalten von Sandwichelementen
Ebene Deckschichten Profilierte Deckschichten
Verformungszustand
Schnittgrößenermittlung
Tragverhalten von Sandwichelementen
Ebene Deckschichten
Theorie des elastischen Verbundes Verformungszustand
Verzerrung = 2 + w´
Biegemoment MS = BS (́ - w“ + θ)
Querkraft VS = MS´= Ac*Geff*
Schnittgrößenermittlung
21 1 2 2S
1 1 2 2
E A E AB e
E A E A
Biegesteifigkeit des Sandwichelements
Tragverhalten von Sandwichelementen
Schnittgrößenermittlung bei Sandwichelementen
mit ebenen oder quasi-ebenen Deckschichten
Tragverhalten von Sandwichelementen
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Mo
me
nte
M
GAs =
Tragverhalten von Sandwichelementen
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Mo
me
nte
M
Sandwichelement
MStSandwich 80% x MSt
Schubstarr
Tragverhalten von Sandwichelementen
Profilierte Deckschichten
Theorie des elastischen Verbundes
MF1=-BF1*w“
MF2=-BF2*w“
VF1=-VF1*w‘“
VF2=-VF2*w‘“
BF1= EF1*IF1
BF2= EF2*IF2
MD=MF1 + MF2
VD=VF1 + VF2
BD=BF1 + BF2
M = MD + MS
V = VD + VS
B = BD + BS
Biegemoment M = BS (γ‘ + θ) – B*w“
Querkraft V = Ac*Geff*γ – BD*w‘“
Verformungszustand
Schnittgrößenermittlung
Tragverhalten von Sandwichelementen
Schnittgrößenermittlung für Paneele mit
profilierten Deckschichten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Konstante Last
0q und Sq aus Diagrammen Berechnung des Biegemomentes (MStat.)
MM
M M
M M
Stat
Sq
D q
S q
.
1
1
0
0
11
1 1
2
2
o Do S
uS
Mh
I
M
A e
M
A e
q
MStat. M´ -
+ +
Diagramme für 2-Feld-Träger l1 : l2 = 1 : 1
Tragverhalten von Sandwichelementen
Sicherheitskonzept (EN 14 509)
gF – Lastfaktoren
Y - Kombinationsfaktoren
gM – Sicherheitsfaktor Material
Tragverhalten von Sandwichelementen
Grundlagen der Bemessung (EN 14509)
Tragfähigkeitsnachweis
ggg1i
kii0Qi1k1QkGd QQGS
Gebrauchsfähigkeitsnachweise
1i
kii1i01k111j
kjd QQGS
1i
kii01k1j
kjd QQGS
Tragverhalten von Sandwichelementen
Statische Systeme
a
15 cm
l1
l2
q = g +
s
a
i
D
T
System für Gebrauchsfähigkeitsnachweis
q = g + s
B
B
B
B
MD MS
System für Tragfähigkeitsnachweis
Reelles System
q = g + s A
A
A
A
MD MS
Tragverhalten von Sandwichelementen
Berechnungskenngrößen
(Auszug aus Zulassung)
Tragverhalten von Sandwichelementen
Berechnungskenngrößen
(Auszug aus Zulassung)
Tragverhalten von Sandwichelementen
Ebene
Deckschichten
Profilierte
Deckschichten
Tragverhalten von Sandwichelementen
80
85
90
95
0 200 400 600 800 1000 Zeit [h]
w in
Fe
ldm
itte
[m
m]
System
Langzeitverhalten
Langzeitverhalten
Tragverhalten von Sandwichelementen
1000 80
85
90
95
0 200 400 600 800 Zeit [h]
w [
mm
]
Langzeitverhalten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Langzeitverhalten
Kriechen der Kernschicht
EPS PUR MW
Tragverhalten von Sandwichelementen
0 200 400 600 800
Zeit [h]
w [
mm
]
Tragverhalten von Sandwichelementen
Zugfestigkeit
der Deckschicht
Knitterspannung
in der Deckschicht
Schubversagen
der Kernschicht
Druckversagen
der Kernschicht
Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Schubbalkenversuch
F
Schubbruch
Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Schubbruch
- Bauteilversuch Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
F
Deckblech Knittern
Einfeldträgerversuch
Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Deckblechknittern ist ein Stabilitätsversagen
3w c c F0,82 G E E
w – Knitterspannung ebener Deckschicht
Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Imperfektionen sind im Modell nicht enthalten
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Mom
ente
M
Interaktion von Eindrückung und Knittern
Allgemeines Systeme und Lasten Ebene Deckbleche Profilierte Deckbleche Versagen Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
F
Deckblech Knittern
Einfeldträgerversuch
Winddruck
Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
F
Einfeldträgerversuch
Windsog
Deckblech Knittern
Versagensarten
Tragverhalten von Sandwichelementen
Deckblech Knittern
Schäden
Tragverhalten von Sandwichelementen
Tragverhalten von Sandwichelementen
Tragverhalten von Sandwichelementen
Tragverhalten von Sandwichelementen