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