In der Architektur hat sich ein zunehmender Wandel hin zu einer hochtransparenten Bauweise vollzogen. Infolgedessen werden für lastabtragende Funktionen vermehrt Glasträger eingesetzt. Da sie infolge ihrer fertigungsbedingten geringen Dicke stark stabilitätsgefährdet sind und die wissenschaftlichen Grundlagen zur Bemessung solcher Träger jedoch zum Teil noch unbekannt sind, besteht hier ein dringender Forschungsbedarf.
Dieser Artikel widmet sich einem der drei wichtigsten Stabilitätsprobleme für Glasträger: dem Biegedrillknicken. Bei diesem Stabilitätsfall weicht ein biegebeanspruchter Träger senkrecht zur äußeren Belastung aus und verdreht sich gleichzeitig.
Zur Ermittlung der Tragfähigkeit von Glasträgern wurde ein umfangreiches experimentelles Versuchsprogramm am Fachgebiet Metall- und Leichtbau (ehem. Stahlbau) der TU Berlin durchgeführt. Neben dem Last-Verformungsverhalten für unterschiedliche Lastfälle wurden ebenso Imperfektionen ermittelt. Auf dieser Grundlage ist ein Finite-Element-Modell verifiziert worden, mit Hilfe dessen zahlreiche numerische Studien durchgeführt wurden. Aus den Ergebnissen wurde ein praxisgerechtes und wirtschaftliches Bemessungskonzept zum Nachweis des Biegedrillknickversagens von Glasträgern entsprechend einem Ersatzstabverfahren entwickelt. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Kleben im Bauwesen hat eine lange Tradition. Die Geschichte des Klebens beginnt spätestens mit der Entwicklung des Mörtels im vorchristlichen Rom. Seither hat die Anwendung dieser Technologie bedeutende Fortschritte erzielt - und auch Rückfälle erlitten. Heute klebt der moderne Bauingenieur in vielen Bereichen des Bauens, ohne daß ihm meist bewußt ist, daß er die Fügetechnik “Kleben” anwendet. Dieser Bericht soll zum einen eine allgemeine Übersicht über die im Bauwesen üblichen “Klebstoffe” geben, zum anderen soll insbesondere die Technik des Klebens im Glasbau beleuchtet werden. An der Frage nach den Eigenschaften der Klebstoffe für den Glasbau soll aufgezeigt werden, welche Aspekte bei der Erforschung dieser neuen Verbindungstechnologie bedacht werden müssen. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Wesentliche Motivation zur Gründung der Arbeitsgruppe war, daß sich Silikonverklebungen - im Bauwesen seit langem bekannt - in den vergangenen Jahren einen großen Einsatzbereich auf dem Gebiet der Fassadenverglasung erobert haben. Vorrangiges Einsatzgebiet war lange Zeit fast ausschließlich die Abdichtung von Wetterfugen und der Randverbund von Isolierglaseinheiten.
Aufgrund seiner Eigenschaften bietet der Werkstoff Silikon das Potential, über die Dichtwirkung hinaus tragende Funktionen bei Fassadenkonstruktionen zu übernehmen. Eine Europäische Richtlinie (ETAG002) regelt derzeit die konstruktiven Randbedingungen von Silikonen für linienförmige Verklebungen. Trotzdem ist das Wissen bezüglich der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften von Silikon noch begrenzt, so daß beim Einsatz von Verklebungen mit beliebiger Fugengeometrie in großem Maß auf Versuche zurückgegriffen werden muß. Wirkliche Werkstoffkennwerte und -gesetzmäßigkeiten, die ein ingenieurmäßiges Dimensionieren (Berechnen mit FEM) allgemeiner Fugengeometrien ermöglichen, sind zudem unbekannt. Der nach ETAG durchzuführende Zugversuch ist außerdem zur direkten Bestimmung der Festigkeitswerte von Silikon nur bedingt geeignet, da Randeffekte zur Spannungskonzentration in den Probekörpern führen und so Rückschlüsse auf das Festigkeitsverhalten des eigentlichen Werkstoffs nur eingeschränkt möglich sind.
Das in der Arbeitsgruppe erarbeitete Versuchsprogramm dient dazu, durch das Zusammenspiel von Experiment (Werkstoffversuche) und Theorie (Nachrechnung mit FEM) theoretische Modelle für den Werkstoff Silikon zu entwickeln. Wesentliche Zielsetzung ist das Schaffen von Bemessungsdaten für komplexere Verklebungsgeometrien im Bereich des Structural Glazing.
Durch das erlangte Wissen wird es künftig möglich sein:
- Verklebungsgeometrien frei zu gestalten
- sie hinsichtlich eines möglichst günstigen Versagensmechanismus zu optimieren
- einfache Formeln und Kennwerte für den Entwurf beliebiger Verklebungen heranzuziehen
- umfangreiche Versuche bei jeder einzelnen Anwendung einzuschränken bzw. zu vermeiden.
Als Erweiterung des bisherigen Arbeitsprogramms ist vorgesehen, in Kürze auch Verklebungen mit Duromeren (z. B. Acrylate, Epoxidharze) zu untersuchen. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Geklebte Verbindungen für den Einsatz bei Glaskonstruktionen im Bauwesen sind zur Zeit überwiegend auf die Anwendung von Silikonen beschränkt. Dabei bieten alternative Klebstoffe viele Vorteile. Neben höherer Festigkeit mit teilweise deutlich geringeren Klebstoffdicken sind volltransparente und eingefärbte Klebfugen möglich. Erforderlich für die verbreitete Ausführung von Glasklebungen im Bauwesen ist die Berechenbarkeit des Systems.
In einem laufenden Forschungsverbundprojekt werden transparente höherfeste Klebstoffsysteme, deren Eignung für baupraktische Anwendungen nicht beschrieben werden kann, gezielt auf ihre Anwendbarkeit in Glaskonstruktionen untersucht. Typische Konstruktionen im Glasbau, die transparente, elastische und alterungsbeständige Klebungen erfordern, werden erschlossen. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Gerade im Zusammenhang mit dem steigenden Bedürfnis an Sicherheit gewinnt der Glas-Verbundbau im konstruktiven Glasbau immer mehr an Bedeutung. Die Anforderungen an Verbundsicherheitsglas reichen von der Absturzsicherung über das Resttragfähigkeitsverhalten nach Glasbruch bis hin zur Sprengwirkungshemmung. Neben dem Sicherheitsaspekt werden dem Verbund zwischen zwei oder mehreren Gläsern heute immer häufiger auch bauphysikalische Aufgaben, wie zum Beispiel Schallschutz und Sonnen- oder Blendschutz zugedacht. Zusätzlich wird die Zwischenschicht aufgrund der zahlreichen Möglichkeiten der Gestaltung (z. B. Färbung, Bedruckung, Einlegen von Geweben etc.) vermehrt durch architektonische Gesichtspunkte bestimmt. Parallel zu den gestiegenen Anforderungen und Möglichkeiten bei der Herstellung von Verbund- und Verbundsicherheitsgläsern hat eine breite Forschung im Bereich der Verbundsicherheitsgläser mit Polyvinylbutyral (PVB)-Zwischenlage stattgefunden und es wurden neuartige Zwischenlagen entwickelt.
Dieser Beitrag zeigt Möglichkeiten des Glas-Verbundes mit unterschiedlichen Verbundzwischenlagen auf und stellt Forschungsergebnisse dar, die zur baurechtlichen Anerkennung der teilweisen Berücksichtigung des Verbundes bei der Bemessung führen sollen. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

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Die Intention des Architekten beim Entwurf des neuen Kontrollturms für den Wiener Flughafen war neben dem rein funktionalen Charakter auch ein Landmark für den Flughafen Wien zu schaffen. Ein wesentliches Element bildet dabei die Stahl-Membran-Konstruktion. Neben den hohen Anforderungen, die ein derartiges Bauwerk an das Engineering stellt, sind als hervorstechende Merkmale die komplexe geometrische Form und die damit verbundenen, erforderlichen hohen Fertigungsgenauigkeiten sowie die schwierige Montagesituation hervorzuheben. Die Montage der gesamten Fassade erfolgte in einer Höhe von ca. 25 m bis 70 m über dem Gelände. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Eine 3500 Jahre alte, während Vulkanexplosionen mit Lava überschüttete und nach Ausgrabungen fast intakt gefundene minoische Siedlung auf der Insel Santorin wurde über eine Fläche von 11800 m2 durch eine Raumfachwerkkonstruktion überdacht. Kurz nach Fertigstellung versagte teilweise eins der insgesamt dreizehn Felder auf einer Fläche von 500 m2 und führte zum Verlust von einem Menschenleben. Zur Klärung der Versagensursachen wurden die Eingangsdaten zur Bemessung und Ausführung des Tragwerks gesammelt und diverse experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich, daß das Versagen hauptsächlich durch die Überlastung des Daches durch die Bodenauffüllung verursacht wurde, deren Dicke und spezifisches Gewicht größer als die vorgesehenen Werte waren. In kleinerem Maße trugen Zwänge infolge von Montagezuständen und geometrische Imperfektionen in Form von Abweichung der Stablängen von ihrer Sollängen dazu bei. Das spröde Tragverhalten infolge der in den Stäben vorgesehenen Löcher konnte das Versagen nicht verhindern. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

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An der Elbebrücke Loschwitz - Blasewitz, “Blaues Wunder” genannt, wurden starke Korrosionsschäden in konstruktiven Schwerpunktbereichen der Stahlkonstruktion durch örtliche Instandsetzung saniert. Der Beitrag beinhaltet die Besonderheiten bei der Planung und Vorbereitung der Gesamtleistung. Die Spezifik der Korrosionsschutzarbeiten, die insbesondere durch eine konstruktiv bedingte erschwerte Zugänglichkeit und das Vorhandensein von bereichsweise sehr starker Korrosion charakterisiert war, wird anhand von Beispielen erläutert. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

In vielen Fällen ist in den letzten Jahren durch den vermehrten Einsatz von Glas die Architektur sehr viel transparenter geworden. In diesem Zusammenhang wurden nicht nur die Glasflächen in den Fassaden immer größer, sondern es stieg auch der Anspruch an die Tragglieder, immer filigraner bzw. “durchsichtiger” zu werden. Dies mündete in der Forderung, diese selbst aus transparenten Werkstoffen herzustellen. Es bietet sich an, Tragkonstruktionen als Kombinationen der Werkstoffe Stahl und Glas zu erstellen, da sich die hohe Tragfähigkeit des Stahls und die Transparenz des Glases gut ergänzen. Als Erweiterung der größeren Transparenz wird im nächsten Schritt dem Glas auch die Abtragung von Lasten zugewiesen.
Da der Werkstoff Glas einer linearelastischen Spannungs-Dehnungs-Beziehung folgt, aber leider auch ein sehr sprödes Verhalten aufweist, ist hier eine Schnittgrößenumlagerung, wie zum Beispiel im Stahl durch den plastischen Abbau von Spannungsspitzen, nicht möglich. Der Festlegung zutreffender Werte für die Festigkeit von Glas und der Ermittlung der tatsächlich vorhandenen Spannungsverteilung kommt somit eine besondere Bedeutung zu. Speziell bei Glasträgern kann auch der Fall der doppelten Biegung auftreten, für den bisher keine Angaben zur Festigkeit bekannt sind. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Für Walzprofile mit doppeltsymmetrischen I-Querschnitten wird eine neue Berechnungsformel vorgestellt, mit der das Torsionsträgheitsmoment I_T genauer als bisher berechnet werden kann. Darüber hinaus werden Ersatzblechdicken für den Ausrundungsbereich der Walzprofile angegeben, die die Ermittlung der maximalen Schubspannungen ermöglichen.

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Querschnittswerte, Verformungen und Spannungen werden bei Verbundträgern in der Regel mit Hilfe des Gesamtquerschnittsverfahrens berechnet und damit die Einflüsse infolge Kriechen und Schwinden berücksichtigt. Die Anwendung des Verfahrens setzt die Kenntnis lastfallabhängiger Kriechbeiwerte voraus, die das zeitabhängige Verhalten des Betons und die Beanspruchungen des Betonquerschnitts erfassen. Da Vorschläge für unterschiedliche Beiwerte existieren, werden in diesem Beitrag die Genauigkeit der Beiwerte und die Auswirkungen von Abweichungen untersucht. Für die baupraktische Bemessung werden Empfehlungen und Hinweise gegeben. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Seit den ersten Entwicklungen im Windingenieurwesen werden aerodynamische Koeffizienten vereinfacht mit linearisierten Annahmen für den Einfluß der Turbulenz ermittelt. Heute kann man aber mit komplexeren und genaueren Lösungen auf der Grundlage der generalisierten spektralen Leistungsdichteverteilungen jeder Art der Nichtlinearität nachgehen. Es ist wünschenswert, zwischen diesen beiden extremen Vorgehensweisen eine einfache Methode zur Abschätzung der Wirkungen der Nichtlinearität der aerodynamischen Koeffizienten auf die Bauwerksantwort zu finden.
Dieser Beitrag liefert einen Überblick über komplexere und genauere Methoden (die in bestimmten Fällen angewendet werden können) und zeigt im zweiten Schritt ein neues Verfahren, mit dem die Wirkung der Nichtlinearität der aerodynamischen Koeffizienten näherungsweise bestimmt werden kann. Die Anwendung dieses Verfahrens wird am Beispiel der Windkraftbeiwerte für den Viadukt de Millau gezeigt. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Inspektionen eines Bauwerks erlauben die Reduktion von Unsicherheiten, welche mit der Beurteilung des Bauwerkzustands verbunden und insbesondere für Schädigungsprozesse wie Ermüdung und Korrosion sehr hoch sind. Im vorliegenden Artikel wird auf diese Unsicherheiten eingegangen. Es wird gezeigt, welchen Einfluß Inspektionen haben und wie dieser quantifiziert werden kann. Anhand eines ermüdungsbeanspruchten Bauteils wird dargestellt, wie die mit Inspektionen verbundene Risikoreduktion und somit der Nutzen einer Inspektions- und Unterhaltsstrategie bestimmt werden können. Schließlich wird ein Überblick über einige aktuelle Anwendungen der risikobasierten Planung von Inspektionen (RBI) für Offshore-Anlagen unter Ermü-
dung präsentiert. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

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