Allgemeines über Sandwichelemente Formaler Hintergrund ...

Tragverhalten von Sandwichelementen

Allgemeines über Sandwichelemente

Systeme und Lasten

Schnittgrößenermittlung

Ebene / Profilierte Deckbleche

Langzeitverhalten

Versagensarten

Formaler Hintergrund


Sandwich Sandwichpaneel

Allgemeines


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


Deckblech unten

Deckblech oben

Kernmaterial

(PUR Hartschaum)

Deckschicht Kern

Kern


• 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


• 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


Eben

Gesickt

Mikroliniert

Gewellt

Liniert

Wellenförmig profiliert

Profiliert

Trapezförmig profiliert


Hallenbau

Bürogebäude


hochwertiges Design

Dachbereich


möglicher Dachaufbau

Dachelement – Sandwichbauweise


Tragfähigkeit

Dampfsperre

Wärmedämmung

Regenhaut und Betretbarkeit


Sandwichelemente erfüllen die gleichen Funktionen mit :

geringerem Materialeinsatz

höherer Qualität

großem Zeitvorteil


• 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


Wandriegel

Dachpfetten

Rahmen

Systeme und Lasten


liniengelagert

statisch bestimmt statisch unbestimmt

einachsige Tragrichtung

Systeme und Lasten


• 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


Eigengewicht

Systeme und Lasten


Schnee

Systeme und Lasten


Wind

Systeme und Lasten


Temperatur Sommer

Taußen = +80 °C

Tinnen = +25 °C

Taußen =

+80

°C

Taußen =

+80 °C

Systeme und Lasten


Temperatur Winter

Taußen = 0 °C

Tinnen = +20 °C

Taußen =

- 20°C Taußen =

- 20°C

Systeme und Lasten


Kriechen der Kernschicht

Systeme und Lasten


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



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


Ebene Deckschichten Profilierte Deckschichten

Verformungszustand



Ebene Deckschichten

Theorie des elastischen Verbundes Verformungszustand

Verzerrung = 2 + w´

Biegemoment MS = BS (́ - w“ + θ)

Querkraft VS = MS´= Ac*Geff*


21 1 2 2S

1 1 2 2

E A E AB e

E A E A

Biegesteifigkeit des Sandwichelements


Schnittgrößenermittlung bei Sandwichelementen

mit ebenen oder quasi-ebenen Deckschichten


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 =


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


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 für Paneele mit

profilierten Deckschichten


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


Sicherheitskonzept (EN 14 509)

gF – Lastfaktoren

Y - Kombinationsfaktoren

gM – Sicherheitsfaktor Material


Grundlagen der Bemessung (EN 14509)

Tragfähigkeitsnachweis

ggg1i

kii0Qi1k1QkGd QQGS

Gebrauchsfähigkeitsnachweise

1i

kii1i01k111j

kjd QQGS

1i

kii01k1j

kjd QQGS


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


Berechnungskenngrößen

(Auszug aus Zulassung)


Ebene

Deckschichten

Profilierte

Deckschichten


80

85

90

95

0 200 400 600 800 1000 Zeit [h]

w in

Fe

ldm

itte

[m

m]

System

Langzeitverhalten

Langzeitverhalten


1000 80

85

90

95

0 200 400 600 800 Zeit [h]

w [

mm

]

Langzeitverhalten


Langzeitverhalten

Kriechen der Kernschicht

EPS PUR MW


0 200 400 600 800

Zeit [h]

w [

mm

]


Zugfestigkeit

der Deckschicht

Knitterspannung

in der Deckschicht

Schubversagen

der Kernschicht

Druckversagen

der Kernschicht

Versagensarten


Schubbalkenversuch

F

Schubbruch

Versagensarten


Schubbruch

- Bauteilversuch Versagensarten


F

Deckblech Knittern

Einfeldträgerversuch

Versagensarten


Deckblechknittern ist ein Stabilitätsversagen

3w c c F0,82 G E E

w – Knitterspannung ebener Deckschicht

Versagensarten


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


F

Deckblech Knittern


Winddruck

Versagensarten


F


Windsog

Deckblech Knittern

Versagensarten


Deckblech Knittern

Schäden

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