Ein Bemessungskonzept für SL‐belastete Anschlüsse im konstruktiven Glasbau
Authors: Baitinger Mascha , Feldmann Markus 
Published: March 2010

Bei Entwurf und Bemessung von tragenden Ganzglaskonstruktionen spielt die Verbindungstechnik eine entscheidende Rolle. Denn dort, wo Glasscheiben zum Beispiel punktförmig gehalten werden, entstehen im Bereich der Bohrungen Spannungsspitzen, die, sofern keine weiteren konstruktiven Maßnahmen ergriffen werden, aufgrund des spröden Werkstoffverhaltens nicht abgebaut oder umgelagert werden und somit plötzlichen Bruch verursachen können. Dies gilt auch für Scher‐Lochleibungsverbindungen von in Scheibenebene belasteten Anschlusskonstruktionen, bei denen deswegen die Bolzenlasten nur über eine duktile, lastverteilende Zwischenschicht auf die Bohrungswandung des Glases wirken dürfen.

Im folgenden Beitrag wird eine einfache Bemessungsgleichung für SL‐belastete Anschlüsse im Glasbau vorgestellt, die auf einem analytischen Ansatz basiert, bei dem lokale Beanspruchungen infolge Lochleibungsdrucks mit Beanspruchungen im Nettoquerschnitt überlagert werden, und bei dem für beide Anteile eine Lösung für die Airysche Spannungsfunktion gefunden wird. Damit können nun ohne Anwendung von Finite‐Elemente‐Berechnungen die maßgebenden Spannungen des Glasbauteils in Abhängigkeit der an der Einzelbohrung angreifenden Bemessungsbolzenlast, des Bohrungsdurchmessers und der Scheibendicke ermittelt werden. Dabei wurde der Bemessungsansatz mit Hilfe von Versuchen und numerischen Untersuchungen überprüft. Einzeleinflüsse, die sich einerseits aus Montage‐ und Herstelltoleranzen sowie andererseits aus Entwurfsparametern ergeben, wurden erstmals systematisch mithilfe von FEM‐Berechnungen untersucht und konnten zahlenmäßig so erfasst werden, dass sie in Form von Beiwerten in die vorgeschlagene Bemessungsformel einfließen können.

A design concept for bolt connections in structural applications. For the design of load carrying glazing structures the connection technique plays a very important role, as e.g. there are significant stress concentrations in the vicinity of holes that are subject to a point‐like support of glass panes. If no further constructional means are provided, the stress peaks cannot be redistributed and thus a sudden brittle failure is likely to occur. In particular this concerns bolts in bearings of drilled glass holes as long as no ductile stress distributing interlayers in the clearance between hole bearing and bolt shank is provided.

In the article, a simple design formula for glass joints with bolts in bearings is suggested that is based on an analytical approach where the local stress distributions coming on the one hand from the bearing pressure and on the other hand from the net section stress concentrations are superposed, and both for which the solutions according to Airy's differential equation are found respective used further on. By this the relevant stresses in dependence on the acting design force, the hole diameter and the pane thickness can be determined without performing complex and time consuming Finite Element calculations. However the analytical formulae have been verified by experiments and numerical simulations. Single influences that are due to manifold tolerances from fabrication and erection as well as conceptual parameters have been thoroughly investigated and could be quantitatively laid down as additional values influencing the design formula.