Zum Dämpfungsverhalten viskoelastischer Klebverbindungen im Stahlbau
Creators: name: Damm, Jannis
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2023
Subjects: damping
adhesive bonding
loss factor
dimensional analysis
tubular joints
overlap joints
adhesively bonded joints

description: Baukonstruktionen sind häufig dynamischen Belastungen ausgesetzt. Hierdurch können Strukturschwingungen hervorgerufen werden, die sowohl die Tragfähig-keit als auch die Gebrauchstauglichkeit negativ beeinflussen. Aus diesem Grund müssen auftretende Schwingungsamplituden durch geeignete, dämpfende Maß-nahmen begrenzt werden. Viskoelastische Klebstoffe auf Basis von Polyurethanen und Epoxidharzen bieten neben einer hohen Festigkeit sehr gute Dämpfungsei-genschaften. Das Dämpfungsverhalten geklebter Stahlbauanschlüsse sowie deren Potential zur Dämpfung dynamisch beanspruchter Strukturen wurden allerdings bislang nicht ausreichend untersucht. In der vorliegenden Arbeit werden numerische und experimentelle Untersuchungen zum Dämpfungsverhalten geklebter Verbindungen unter Berücksichtigung spezifischer Anforderungen und Randbedingungen des Bauwesens beschrieben. In numerischen Untersuchungen an Stahlbaustrukturen mit einem sowie mehreren geklebten Anschlüssen wird zunächst das Potential geklebter Anschlüsse zur Optimierung des dynamischen Verhaltens der untersuchten Strukturen aufgezeigt. Die Analysen verschiedener Schwingungsszenarien sowie des Einflusses von Geometrie- und Werkstoffparametern stehen im Fokus der Untersuchungen. Im Vergleich zu einem geschweißten Referenzsystem können auftretende Schwingungsamplituden durch die Implementierung geklebter Anschlüsse effektiv reduziert werden. Die Dämpfungseigenschaften geklebter Anschlüsse können zudem durch die Anpassung der Steifigkeit und der dissipativen Eigenschaften des Klebstoffs sowie der Geometrie der Klebfuge optimiert werden. Einen wesentlichen Teil des originären Beitrags dieser Arbeit stellt die experimentelle Untersuchung der Dämpfungseigenschaften geklebter Überlapp- und Kreishohlprofilsteckverbindungen unter Variation von Geometrie- und Beanspru-chungsrandbedingungen dar. Der Fokus der experimentellen Untersuchungen liegt auf Klebverbindungen mit schubbeanspruchten Klebschichten. Die ausge-wählten Klebstoffe erfüllen die spezifischen Anforderungen des Bauwesens in Bezug auf die dynamisch-mechanischen Eigenschaften. Die dynamischen Untersuchungen zeigen, dass die Dämpfungseigenschaften vorwiegend schubbeanspruchter Klebverbindungen von der Klebfugengeometrie (Klebschichtdicke, Überlapplänge) sowie der Höhe der Beanspruchung abhängen. Die Dämpfungseigenschaften geklebter Verbindungen hängen bei gleichen Geometrie- und Beanspruchungsrandbedingungen von der Art der Verbindung (Überlapp- bzw. Kreishohlprofilsteckverbindung) ab. Der Einfluss der Prüffrequenz auf die Dämpfungseigenschaften ist von untergeordneter Relevanz. Allerdings muss in Abhängigkeit der aufgebrachten Lastzyklen eine ermüdungsbedingte Schädigung der Klebschicht berücksichtigt werden. Die Untersuchungsergebnisse erfül-len jedoch die in dieser Arbeit definierten Anforderungen an die dissipativen Eigenschaften geklebter Verbindungen. Durch diese Multifunktionalität wird die Attraktivität des Fügeverfahrens Kleben weiter gesteigert. Neben der experimentellen Datenbasis bildet die Entwicklung einer Methodik zur Identifikation funktionaler Zusammenhänge der Versuchsergebnisse mit Hilfe einer Dimensionsanalyse einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Es kann gezeigt werden, dass die Versuchsergebnisse getrennt für jeden Probekörpertyp durch das Auftragen über einem dimensionslosen Eingangsparameter in einem funktionalen Zusammenhang dargestellt werden können. Die identifizierten Zusammenhänge können durch Regressionsfunktionen mit einem Bestimmtheitsmaß R² &gt; 0,95 approximiert werden. Damit können die Dämpfungseigenschaften im Rahmen definierter Gültigkeitsgrenzen für verschiedene Klebfugengeometrien und Beanspruchungsrandbedingungen ermittelt werden. Das bildet die Grundlage der analytischen Prognose der Dämpfungseigenschaften geklebter Anschlüsse im Rahmen der praktischen Auslegung von Stahlbaustrukturen.