Tragende Verklebungen von Glas mit Holz unter besonderer Berücksichtigung der Bemessungsansätze für das Langzeitverhalten von Silikonfugen

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich vorrangig mit der Ermittlung von Bemessungsbeiwerten zur Berücksichtigung des Langzeitverhaltens von Holz-Glas-Verbundelementen. Um dieses Thema diskutieren zu können, müssen zu Beginn der Terminus des Kriechens und die diversen dazugehörigen Verhaltensmodelle eines Werkstoffs definiert und erklärt werden. Es wird gezeigt, in welcher Form eine Zunahme der Verformung unter andauernder Belastung sowie eine etwaige Abnahme der Festigkeit als direkte Folge der Verformungszunahme die Bemessung von Klebefugen aus Silikon beeinflusst. Für lastabtragende Silikonverklebungen existiert bis dato lediglich eine Richtlinie, aber keine Norm. Es sind für eine Verklebung dieser Art auch noch keinerlei Bemessungsbeiwerte auf Basis des semiprobalistischen Sicherheitskonzeptes entwickelt und normativ verankert. Dieser Aspekt soll in der vorliegenden Arbeit grundlegend behandelt und ein Vorschlag für mögliche Sicherheitsbeiwerte getroffen werden. Dafür werden zu Beginn bereits durchgeführte Forschungsarbeiten diskutiert und die im Bauwesen üblichen rheologischen Modelle zur Simulierung von Kriechverformungen vorgestellt. Des Weiteren wird auf existierende Bemessungskonzepte eingegangen und auf die jeweiligen Besonderheiten hingewiesen. Zur Überprüfung bestehender Bemessungsbeiwerte werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse detailliert vorgestellt und interpretiert werden. Dazu werden zuvor bestimmte Kriterien definiert, anhand derer die Beurteilung der Ergebnisse erfolgt. Dieses Versuchsprogramm beinhaltet diverse Probekörpergeometrien, unterschiedliche Belastungsniveaus und Zeitspannen der Dauerbelastung sowie Varianten in den klimatischen Randbedingungen. Auch dynamische Versuche werden ausgeführt. Die erzielten Ergebnisse werden vergleichbaren experimentellen Untersuchungen gegenübergestellt, um die Aussagekraft der Resultate zu überprüfen. Ebenso erfolgt eine Beurteilung der zu erwartenden Verformung unter Dauerlast mittels rheologischer Modellierung und eine Analyse des Bruchverhaltens auf Basis der Finite-Elementen-Methode. Aufbauend auf die gewonnenen Erkenntnisse wird eine Zuverlässigkeitsanalyse durchgeführt, um eine entsprechende Materialsicherheit zu definieren. Dabei werden unterschiedliche Varianten untersucht. Anhand bereits existierender Bemessungskonzepte werden in weiterer Folge Bemessungsbeiwerte für die Langzeitbeanspruchung von Klebefugen aus Silikon hergeleitet. Die erlangten Ergebnisse werden abschließend zusammengefasst und es wird ein Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen und erweiterte Testverfahren gegeben, welche ein breiteres Einsatzspektrum von Holz-Glas-Verbundkonstruktionen ermöglichen.

This thesis primarily deals with the determination of design factors with a special focus on the long-term behavior of timber-glass composite elements. The dimensioning of silicone bond lines is affected by the increase of the deformation under continuous shear load. It is shown how creeping influences the residual strength of the material. Different behavioral models for the simulation of the expected behavior under long-term loads are presented. Up to now there is only a guideline but no european standard for structural-sealantglazing systems. No design factors based on a semiprobabilistic safety concept have been developed and integrated in standards so far. This aspect should be examined and a proposal for potential safety factors should be submitted. At the beginning previous research reports are discussed and rheological models for the simulation of the creeping behavior are presented. Additionally existing safety concept are explained. Extensive experimental investigations are carried out to verify existing design factors. The results are presented and interpreted in detail. Based on certain predefined criteria the results are assessed. The test program contains various geometries of the specimen, different stress levels and time span of the continuous load as well as variations in the climatic conditions. Dynamic tests are carried out too. The obtained results are compared with other experimental investigations from different researchers in order to check the validity of the results. An analysis of the deformation under continuous load by means of rheological models and an analysis of the fracture behavior based on the finite element method are executed as well. Based on the obtained insights a reliability analysis is carried out in order to define a corresponding material safety factor. Different variants are examined. Consequently design factors for long-term stresses of silicone adhesives are derived with the help of already existing safety concepts. Finally an overview over pontential future developements and efficient test-methods is given to enlarge the field of application of timber-glass composite elements.