Das Tragverhalten von Glasstützen mit Mono- und Verbundquerschnitten

Langosch, Katharina; Feldmann, Markus

doi:0722-1037

Das Tragverhalten von Glasstützen mit Mono- und Verbundquerschnitten = The structural behaviour of glass columns with monolithic and laminated sections

Langosch, Katharina (Author)

2013

Verantwortlichkeitsangabevon Katharina Paulina Langosch

ImpressumAachen : Shaker 2013

UmfangVII, 226, LXIV S. : Ill., graph. Darst.

ReiheSchriftenreihe des Lehrstuhls für Stahlbau und Leichtmetallbau der RWTH Aachen ; 75

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Feldmann, Markus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-11-30

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-47213
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229562/files/4721.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Stahl- und Leichtmetallbau und Institut für Stahlbau (311710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Stabilität (Genormte SW) ; Strukturelle Stabilität (Genormte SW) ; Knicken (Genormte SW) ; Glas (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Knickkurven (frei) ; Glasstützen (frei) ; buckling (frei) ; stability (frei) ; glass (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Stützen weisen eine tragende Funktion auf. Werden zusätzlich besondere Anforderungen wie z. B. Transparenz an den Baustoff gestellt, so kommen Bauteile aus Glas zur Anwendung. Bei primär tragenden Bauteilen werden überwiegend Verbundglasscheiben mit viskoelastischen Zwischenschichten (hier insbesondere PVB-Folie) verwendet. Diese gläsernen Stützen unter axialen Drucklasten und ggf. horizontalen Querbelastungen sind gegen Stabilitätsversagen unter Berücksichtigung der materialspezifischen Eigenschaften des Werkstoffs Glas und der Zwischenschicht zu bemessen, wobei an dieser Stelle nach wie vor normative Regeln fehlen. Der Entwicklung eines geeigneten analytischen Bemessungsverfahrens für den Stabilitätsfall (Biege-) Knicken für thermisch vorgespannte Glasstützen mit monolithischen und laminierten Querschnitten widmet sich die vorliegende Arbeit. Die Grundlage des Bemessungskonzeptes stellt das bereits im Stahlbau verwendete Nachweisverfahren mittels europäischen Knickspannungslinien in Abhängigkeit von bezogenen Schlankheiten. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten von Glas (u. a. elastisches Tragverhalten, hohes Verhältnis der charakteristischen Druckfestigkeit zu charakteristischen Biegezugfestigkeit) werden für thermisch vorgespannte monolithische Glasstützen Nachweisverfahren für zentrische und exzentrische Drucklasten aufgestellt und durch experimentelle und numerische Untersuchungen verifiziert. Darüber hinaus werden Stabilitätsnachweise für zentrische Drucklast in Kombination mit Biegung für ausgewählte Lastfälle präsentiert. Die Ableitung von Teilsicherheitsbeiwerten vervollständigt die Nachweismethoden. Die Bemessungsverfahren werden weiterhin auf Glasstützen mit Verbundquerschnitten erweitert. Hierfür wird die temperatur- und zeitabhängige Verbundtragwirkung durch die Verwendung eines beliebigen Schubmoduls für die Zwischenschicht in den Spannungsgleichungen nach der Theorie II. Ordnung und den analytisch abgeleiteten Knickkurven erfasst. Für kombinierte Belastungen mit unterschiedlicher Wirkungsdauer werden Bemessungsgleichungen vorgestellt, welche sowohl die Kombination aus axialen Langzeit- und Kurzzeitdrucklasten als auch die Kombination aus axialen Langzeitdruckbelastungen und kurzfristigen vertikalen Querbelastungen durch Ansatz unterschiedlicher Schubmoduli berücksichtigen.

Columns have a supporting function. If there are additional requirements such as transparency of building materials, components of glass are used. In load-bearing members mainly glasses with laminated cross sections and viscoelastic interlayer (especially PVB) are used. These glass columns under axial compressive loads and possible horizontal shear loads are dimensioned against stability failure taking into account material specific properties of the glass and the interlayer. Normative rules for this are still lacking. This work is devoted developing of an appropriate analytical design method for the stability case buckling of monolithic and laminated glass columns. The basis of the design concept has already been established in the structural steel design calculation using European buckling curves as a function of non-dimensional slenderness. Considering the special features of glass (elastic structural behavior, high ratio of characteristic compressive strength to characteristic flexural strength) for thermally tempered monolithic glass columns structural design calculation are developed for concentric and eccentric compression loads and verified by experimental and numerical investigations. In addition, stability analysis for centric compressive loads in combination with bending are presented for selected load cases. The derivation of partial safety factors completes the design methods. Moreover the design method is extended to glass columns with laminated cross sections. For this purpose the temperature- and time-dependent composite action is considered by use of any shear modulus of the interlayer in the second-order stress equation and the analytically derived buckling curves. For combined loads of different duration, design equations are available taking into account both the combination of axial long-term and axial short-term pressure loads as well as the combination of axial long-term compressive and short-term vertical shear loads by using different shear moduli.

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