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Zur Ermittlung der Resttragfähigkeit von Verbundsicherheitsglas am Beispiel eines Glasbogens mit Zugstab

Fahlbusch, Mark :
Zur Ermittlung der Resttragfähigkeit von Verbundsicherheitsglas am Beispiel eines Glasbogens mit Zugstab.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Zur Ermittlung der Resttragfähigkeit von Verbundsicherheitsglas am Beispiel eines Glasbogens mit Zugstab
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung Das Ziel dieser Arbeit lag darin, am konkreten Beispiel des Glasbogens mit Zugstab einen Weg zur rechnerischen Ermittlung der Resttragfähigkeit aufzuzeigen. Dazu wurden anhand von Zug- und Biegeversuche die Materialeigenschaften der PVB-Folie und des gebrochenen VSG aus Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) bei 10°C ermittelt. Weiterhin wurden Versuche zur Ermittlung des Reibungswiderstandes von gebrochenem VSG auf Stahl und Neopren durchgeführt. Ergebnisse der Versuche an PVB-Folie Für eine Dauerlast von über 24 h beträgt die aufnehmbare Zugspannung von PVB-Folie ca. 3,5 N/mm². Ab einer Dehnung von ca. 200% verfärbt sich die Folie von durchsichtig, klar zu weiß und reist schlagartig ab. Eine Spannungsdehnungsbeziehung die mit einem E-Modul beschrieben werden kann liegt nicht vor. Ergebnisse Versuche an gebrochenen VSG Unterhalb einer Dauerzugspannung von 0,70 N/mm², bezogen auf den Folienquerschnitt, tritt im gebrochenen VSG durch eine Verzahnung der einzelnen Glaskörner nahezu keine Dehnung auf. Probekörper mit einer Spannung von 2,5 N/mm², bezogen auf den Folienquerschnitt, versagten unter Dauerlast nicht vor 24 h. Probekörper mit einer Spannung von 2,0 N/mm², bezogen auf den Folienquerschnitt, versagten unter Dauerlast nicht vor 48 h. Die minimale Versagensdehnung der VSG-Probekörper lag bei 60%. Mit einem bilinearen, zeitabhängigen Stoffgesetz kann das Spannungsdehnungsverhalten von gebrochenem VSG bei reiner ruhender Zugbelastung abgebildet werden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Verzahnung zwischen den Glaskörnern durch eine anfängliche Biegebeanspruchung aufreißt, ist auch ein lineares zeitabhängiges Stoffgesetz anwendbar. Für eine kurze Belastungsdauer konnte ein E-Modul von E = 51 N/mm² ermittelt werden. Für eine Belastungsdauer von 24 h ergibt sich ein E-Modul von E = 4,2 N/mm² und für 48 h ein E = 3,33 N/mm² bezogen auf die Querschnittsfläche der Folie. Mit Hilfe der Ergebnisse der Biegeversuche konnte die Biegesteifigkeit für das gebrochene VSG ermittelt werden. Ergebnisse Reibungsversuche Es wurde ein Reibungsbeiwert von µ = 0,44, von gebrochenem Glas auf Stahl bzw. Neopren ermittelt. Berechnungsweg zur überschlägigen Ermittlung der Resttragfähigkeit Mit einem Stabwerkmodell, das aus dem Tragwerksverständnis entwickelt wurde, kann die Resttragfähigkeit von gebrochenem VSG aus ESG rechnerisch überschlägig ermittelt werden. Ein Stabwerkmodell mit Biegesteifigkeit in Plattenebene eignet sich besonders gut zur Berechnung der Resttragfähigkeit, da nur die für das globale Tragverhalten notwendigen Elemente abgebildet werden. Rechnerische Instabilitäten, die in der Regel durch die großen Verformungen auftreten, können so in untergeordneten Bereichen ausgeschlossen werden. Mit den ermittelten Materialdaten und einem Stabwerkmodell kann das Resttragverhalten bezüglich der Tragfähigkeit und der Verformungen des Gesamtsystems abgebildet werden. Systemänderungen wie Einreißen der Folie können dabei durch das Entfernen einzelner Stäbe aus dem Stabwerkmodell berücksichtigt werden. Die Resttragfähigkeitsdauer wird aus der Kriechzahl bei Überschreiten der Grenzdehnung von 60% in der Kriechprozessberechnung ermittelt. Die Drucktragfähigkeit einzelner Bereiche kann durch Detailstabwerkmodelle untersucht werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Determination of the remaining structural capacity of laminated safety glass after breakage, using the example of a glass arch with tension rod Summary The aim of this work is to show, in an exemplary way, using a glass arch with tension rod possibilities to calculate the remaining structural capacity of broken laminated glass. To achieve this aim tensile and bending tests on PVB-foil and broken laminated safety glass were carried out at 10°C. Furthermore experiments to determine the friction between broken laminated glass and steel and neoprene were performed. Results of pvb-foil experiments When applying a load for the duration of 24 h the endurable tensional stress of pvb foil is about 3,5 N/mm². Form a strain of 200 % onwards, the colour of the foil changes from clear to white, the foil stretches and then tears suddenly with a brittle edge. A correlation between strain and tension, describable with a young’s modulus, is not evident. Results of experiments on broken laminated safety glass Tensile stresses less than 0.7 N/mm², in reference to the cross-section of the foil, do not break up the interlocking of the single broken glass pieces. Almost no strain appears. Test pieces with a stress of 2.5 N/mm² referring to the foil cross-section did not fail before 24h.Test pieces with a stress of 2.0 N/mm² did not fail before 48 h. The minimum failure strain was 60%. If the tensional loading is static the material properties can be described in a bilinear, time-dependent way. In case of a dynamic loading after the glass breakage or a moment loading on the glass panel right after the elements are broken, a break-up of the interlocking is probable and a linear, time dependent material description is usable. For loads of a short duration a young’s modulus of E = 51 N/mm² was determined. For a duration of 24h the young’s modulus is E = 4.2 N/mm² and for 48 h it is E = 3.33 N/mm² calculated on the cross-section of the foil. With these results the remaining bending stiffness of the broken laminated safety glass could be determined. Results of the friction experiments The friction coefficient between broken glass elements and steel or neoprene µ = 0.44 was determined. Calculation method to estimate the remaining structural capacity The remaining structural capacity of broken laminated safety glass can be estimated very well with a strut-and tie-model which has a bending stiffness in the out of plane direction. With the strut-and–tie model only the main carrying elements are being represented. In this way numerical instabilities due to the huge deformations can be reduced to a minimum. With the determined material data and the strut-and-tie model the remaining structural capacity and the structural deformations can be determined. If the strain is greater than 60% a failure of the load bearing element is assumed. System changes like the failure of the foil can be taken into consideration by the removal of single rods from the strut and tie model. The duration of the remaining structural capacity can be calculated by means of creeping calculation up to the 60% stretching limit. The bearing capacity of compressed strut and tie elements has been determined in additional structural calculations.English
Uncontrolled Keywords: Verbundsicherheitsglas,Resttragfähigkeit
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Verbundsicherheitsglas,ResttragfähigkeitGerman
Remaining structural capacity, laminated safety glassEnglish
Classification DDC: 700 Künste und Unterhaltung > 720 Architektur
Divisions: Fachbereich Architektur
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000962
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-9626
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Wörner, Prof. Dr.- Johann-Dietrich
Advisors: Weischede, Prof. Dr.- Dietger
Refereed: 20 December 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/962
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