Zum Tragverhalten von Gitterrosten aus glasfaserverstärktem Kunststoff

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Jonas Bien

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Handlaminierte Gitterroste aus glasfaserverstärktem Kunststoff kommen aufgrund ihrer werkstofflichen Vorteile gegenüber konventionellen Gitterrosten aus metallischen Werkstoffen (insbesondere wegen der hohen Korrosionsbeständigkeit und geringen Konduktivität) für eine breite Anwendung im Bauwesen in Betracht. Trotz hoher Nachfrage auf der Anwenderseite werden der Verwendung solcher Bauteile bislang hohe bauaufsichtliche Hürden entgegengestellt. Dies ist nicht zuletzt durch einen lückenhaften und unzureichenden Kenntnisstand zum Tragverhalten von GFK-Gitterrosten begründet. Die Besonderheiten, die sich aus dem statischen System eines Gitterrostes als vielfach unbestimmtes Tragwerk ergeben, wurden in Kombination mit den materialspezifischen Eigenschaften der eingesetzten Verbundwerkstoffe bisher nicht systematisch untersucht. Die vorliegende Arbeit wurde deswegen mit dem Ziel verfasst, den Wissensstand auf diesem Gebiet voranzubringen und Grundlagen für ein sicheres und ökonomisches Bemessungskonzept zu schaffen. Im ersten Schritt wurden die theoretischen Grundlagen für die mechanische Analyse von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen nach derzeitigem Stand der Technik dargestellt. Neben relevanten Informationen zu den für die erstellung der Gitterroste verwendeten Ausgangswerkstoffen und Fertigungsverfahren wurde auf die (nichtlineare) Spannungsanalyse auf Einzelschichtebene (orthotrop) und Laminatebene (inhomogen und anisotrop) eingegangen. Außerdem wurde das Konzept der Puck'schen Bruch- und Degradationsanalyse für räumlich beanspruchte, unidirektional verstärkte Einzelschichten, sowie deren effiziente Anwendung auf isotrope Schichten aus reinem Kunststoff erläutert. Für die Ermittlung der benötigten Einzelschichtsteifigkeiten und -festigkeiten wurden bekannte, mikromechanische Mischungsregeln vorgestellt.