Ein Beitrag zur Auslegung tragender Klebverbindungen im Fassadenbau
Creators: name: Bues, Martin Dirk
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: Steel-Glass façade structures
climate loads
adhesive joints
load-bearing behavior

description: Die Dimensionierung von tragenden Klebverbindungen ist normativ nicht geregelt. Dies erschwert die Anwendung dieser Fügetechnologie. In der vorliegenden Dissertation werden Untersuchungen zur Auslegung tragender Klebverbindungen im Glas- und Fassadenbau beschrieben. Das wesentliche Kernelement ist hierbei die Analyse des zeit- und temperaturabhängigen Tragverhaltens der Klebverbindungen unter Berücksichtigung der Einwirkungsvorgänge. Es wird zunächst der Stand der Technik mit dem Fokus auf das Trag- und Versagensverhalten von Klebverbindungen aufgearbeitet. Das mechanische Verhalten der Klebschicht wird anhand relevanter theoretischer Grundlagen der Polymermechanik sowie der Werkstofftechnik erläutert. In Ergänzung werden Methoden zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens dargelegt und Vorgehensweisen zur Versagensprognose sowie Dimensionierung aufgeführt. Auf dieser Basis werden ausgewählte klimatische Einwirkungsvorgänge analysiert. Dies geschieht zunächst durch systematische Analyse des Temperaturverlaufs in geklebten Verbindungen durch Freiluftmessungen. Hierbei werden Temperaturen in Klebschichten unter Einwirkung solarer Strahlung sowie der Lufttemperatur messtechnisch erfasst und analysiert. Anhand der Erkenntnisse werden Rückschlüsse sowohl auf auftretende Temperaturänderungsraten als auch auf die Wirkungsdauer ermittelt. Auf Basis dieser Ergebnisse wird anhand historischer Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes die Wirkungsdauer klimatischer Einwirkungsgrößen in Abhängigkeit von der Lasthöhe analysiert und in Form von Lastkollektiven beschrieben. An drei verschiedenen Klebstoffen werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Hierzu werden diese zunächst mit Hilfe verschiedener Experimente werkstofftechnisch charakterisiert. In der anschließenden Hauptversuchsreihe wird das Verhalten von querdehnbehinderten Klebverbindungen unter Zugbeanspruchung untersucht. Durch die Verwendung verschiedener Querschnittsvariationen (Breite-/Höhe-Verhältnisse) wird der Einfluss der Geometrie auf das Trag- und Versagensverhalten untersucht. Die Experimente werden unter Einfluss verschiedener Parameter (Temperaturen, Dehnrate, Feuchte) durchgeführt. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird das Tragverhalten der linienförmigen Klebverbindung analytisch wie auch numerisch untersucht. Zunächst werden sowohl analytisch als auch numerisch die Beanspruchungszustände im querdehnbehinderten Zugexperiment analysiert. Auf dieser Grundlage wird ein analytisches Modell zur Prognose des geometrieabhängigen Eintretens von Kavitationseffekten unter Zugbeanspruchung hergeleitet. Die Prognosefähigkeit dieses Modells wird anhand der durchgeführten experimentellen Untersuchungen validiert. Ferner wird der Einfluss von Zeit und Temperatur auf das Eintreten dieser Kavitationseffekte betrachtet. Hierzu wird durch die Anwendbarkeit der Zeit-Temperatur-Verschiebung gezeigt, dass verschiedene Experimente und Probenformen den identischen Relaxationsmechanismen folgen. Anhand eines abschließenden Berechnungsbeispiels unter Anwendung eines zuvor zeit-und temperaturabhängig kalibrierten visko-elastischen Werkstoffmodells wird der Einfluss der Temperatur auf den Ausnutzungsgrad eines Fugenabschnittes unter Windbelastung aufgezeigt.