Untersuchungen zum Zwecke der Einführung einer praxisnahen Sandwichtechnik in das Bauwesen

Seit Anfang der 60er Jahre werden im Sinne baustatischer Beanspruchung nichttragende Sandwichbauteile des Werkstoffsystems Stahlfeinblech/Poly urethanhartschaum besonders fur Hallenwiinde im Industriebau eingesetzt, wobei auch erstmalig die groi3technische kontinuierliche Herstellung ge lang. 1m Vortrag N 208 der Rheinisch-Westfiilischen Akademie der Wissenschaf ten: O. Jungbluth "Sandwichfliichentragwerke im konstruktiven Ingenieur bau" (1970) wurde ein Konzept dargestellt, die Sandwichtechnik dieses Ver bundsystems auch fur "tragende Beanspruchung" weiterzuentwickeln. Das Wissenschaftsministerium des Landes Nordrhein-Westfalen griff die Vor schliige auf und forderte dankenswerter Weise das hier vorgelegte For schungsprojekt, das an der Ruhr-Universitiit Bochum und an der Techni schen Hochschule Darmstadt durchgefuhrt wurde. Ziel dieser Forschungsarbeit und des am Institut Stahlbau der TH Darm stadt weitergefUhrten F orschungsfeldes "VerbundfHichentragwerke" ist die Forderung der Entwicklung weitgespannter Dachtragwerke als Trapezpro filplatten und Faltwerke mit Integration bauphysikalischer Eigenschaften wie Wiirmediimmung, Schall- und Brandschutz. Hierbei werden Werkstoff verbundsysteme auf anorganischer und organischer Basis, ihr Kurz- und Langzeitverhalten sowie das Trag- und Versagensverhalten der Bauteile und auch Konzepte fUr automatisierte moglichst kontinuierliche Herstell method en untersucht.

Inhalt
1. Entwicklungstendenzen im Bau von Stahlblechflächentragwerken.- 1.1 Gebräuchliche Bauformen weitgespannter Dächer.- 1.2 Blech in weitgespannten Flächendachtragwerken.- 1.3 Versteifungsmöglichkeiten von großflächigen Blechbauteilen.- 1.4 Sandwichbauweise und deren spezifische Probleme.- 2. Aufgabenstellung und Lösungsweg.- 3. Werkstoffe und Verbund.- 3.1 Stahlfeinblech.- 3.2 Kernwerkstoffe.- 3.2.1 Anforderungen.- 3.2.2 Mögliche Kernwerkstoffe.- 3.2.3 Chemischer Aufbau und Herstellung von PUR.- 3.2.4 Mechanische Eigenschaften von PUR-Hartschaum.- 3.2.5 Zum Kriechen von PUR-Hartschaum.- 3.2.6 Schubkriechversuche.- 3.2.6.1 Versuchsaufbau.- 3.2.6.2 Versuchsergebnisse.- 3.2.6.3 Versuchsauswertung.- 3.2.6.4 Zusammenfassung.- 4. Grundsätzliche Vorüberlequngen zur Formfindung.- 4.1 Diskussion möglicher Querschnittsformen.- 4.2 Tragverhalten von Faltwerken in Stahl/PUR-Sand-wichbauweise.- 4.3 Versagensverhalten von Faltwerken in Stahl-PUR-Sandwichbauweise.- 4.4 Konstruktive Ausbildung von Stahl/PUR-Sandwichfaltwerken.- 4.4.1 Abstufungsmöglichkeiten eines Faltwerkprogrammes.- 4.4.2 Anordnung der Längsfugen.- 4.4.3 Ausbildung der Längsfugen.- 4.4.4 Korrosionsschutz, Gefälle, Wärmedämmung.- 4.5 Zusammenfassung und restriktive Parameter im Formfindungsprozeß.- 5. Theoretische Grundlagen.- 5.1 Elastischer Verbund des Mehrschichtstabes.- 5.1.1 Herleitung des DGl-Systems für den geraden, allgemeinen Mehrschichtstab.- 5.1.2 Herleitung der DGl für den speziellen Dreischichtstab.- 5.1.3 Lösung der DGl für den Sandwichstab.- 5.1.3.1 DG1 für einige ausgewählte Belastungsfälle.- 5.1.3.2 Rand- und Überaangsbedingungen.- 5.1.3.3 Lösungen der DGl für einige spezielle Belastungsfälle.- 5.1.3.4 Ermittlung der Teilschnittgrößen.- 5.2 Knittern der Deckschichten.- 5.2.1 Einordnung.- 5.2.2 Voraussetzungen.- 5.2.3 DG1 der Knitterspannung.- 5.2.4 Ermittlung des Bettungswertes k.- 5.2.4.1 Definition.- 5.2.4.2 Herleitung des DG1-Systems.- 5.2.4.3 Lösungen für einige baupraktisch wichtige Randbedingungen.- 5.2.4.4 Ermittlung der ?z-Spannungen und Bettungszahl k.- 5.2.5 Ermittlung der ideellen Knitterspannung.- 5.2.6 Ermittlung von zulässigen Spannungen.- 5.2.7 Darstellung der Ergebnisse.- 6. Querschnittsoptimierung.- 6.1 Zielfunktion der Optimierung.- 6.2 Parameter der Optimierung.- 6.3 Programm zur Optimierung.- 6.3.1 Optimierungsverfahren.- 6.3.2 Statische Berechnung.- 6.3.3 Suchprogramm.- 6.4 Ergebnisse der Optimierung.- 6.4.1 Kostengebirge für c und f = const..- 6.4.2 Minimalkostenkurven.- 6.4.3 Die optimale Querschnittsgeometrie.- 7. Traglastversuche an querschnittsoptirierten Stahl/PUR-Sandwichfaltwerken.- 7.1 Ziel der Großversuche.- 7.2 Modellmaßstab der Versuche.- 7.3 Beschreibung der Prüfkörper (Geometrie, Werkstoffe, Herstellung).- 7.4 Versuchsaufbau.- 7.4.1 Querschnitt, Formhaltung und Auflagerung.- 7.4.2 Querstöße.- 7.4.3 Lastverteilung.- 7.5 Versuchs- und Meßprogramm.- 7.5.1 Belastungen.- 7.5.1.1 Kurzzeitbelastungen.- 7.5.1.2 Langzeitbelastungen.- 7.5.2 Meßwertgeber.- 7.5.3 Meßstellenanordnung und Versuchsprogramm.- 7.5.3.1 Vorversuche A.- 7.5.3.2 Versuch N1.- 7.5.3.3 Versuche N2 bis N5.- 7.5.3.4 Versuch N6.- 7.5.3.5 Versuche N7 bis N9.- 7.6 Versuchsergebnisse der Werkstoffprüfungen.- 7.6.1 Werkstoffprüfungen an den Stahldeckschichten.- 7.6.2 Werkstoffprüfungen an den PUR-Hartschaum-Kernschichten.- 7.6.2.1 Dichte.- 7.6.2.2 Mechanische Eigenschaften.- 7.6.2.3 Auswirkungen der Werkstoffprüfungen auf die Versuchsauswertung.- 7.6.3 Prüfung des Haftverbundes.- 7.7 Versuchsergebnisse der Großversuche.- 7.7.1 Aufbereitung und Darstellung der Meßergebnisse.- 7.7.1.1 Der erste Auswerteschritt.- 7.7.1.2 Der zweite Auswerteschritt.- 7.7.1.3 Der dritte Auswerteschritt.- 7.7.1.4 Der vierte Auswerteschritt.- 7.7.1.5 Der fünfte Auswerteschritt.- 7.7.2 Bewertung und Diskussion der Versuchsergebnisse.- 7.7.2.1 Trag- und Verformungsverhalten bei Kurzzeitbelastung.- 7.7.2.2 Trag- und Verformungsverhalten bei Langzeitbelastung.- 7.7.2.3 Versagensverhalten und Traglasten.- 7.7.2.4 Bemessungsvorschläge.- 8. Traglastversuche an versteifungsprofilierten Stahlfeinblech/PUR-Sandwichplatten.- 8.1 Ziel der Detailversuche.- 8.2 Sickenprüfkörper.- 8.3 Versuchsaufbau der Sickenversuche.- 8.4 Imperfektionsmeßgerät.- 8.5 Ergebnisse der Sickenversuche.- 8.5.1 Imperfektionsmessungen.- 8.5.2 Werkstoffprüfungen.- 8.5.3 Versagensverhalten Traglasten.- 8.6 Auswertung der Ergebnisse der Sickenversuche.- 8.6.1 Allgemeine Ergebnisse.- 8.6.2 Ergebnisse der Sickenversuche B360-0-....- 8.6.3 Ergebnisse der Sickenversuche B61-6... und B34-6....- 9. Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.- Bilderanhang.- Fotos 1 bis 3 Schubkriechversuche.- Fotos 4 bis 6 Versuchsaufbau der Großversuche.- Fotos 7 bis 9 Knitterwellen der Versuche A.- Fotos 10 bis 12 Knitterwellen der Versuche N1 bis N5.- Fotos 13 bis 15 Knitterwellen der Versuche N6 bis N9.- Fotos 16 bis 18 Versuchsaufbau der Sickenversuche.- Fotos 19 bis 21 Knitterwellen bei ebenen Deckschichten.- Fotos 22 bis 23 Versagensformen bei breiten Sicken.- Fotos 24 bis 27 Versagensformen bei schmalen Sicken.- Tafelanhang.- Tafel A: Durchsenkungen und Teilschnittgrößen des Dreischichtstabes bei elastischem Verbund.- Tafel B: Verformungszustand, Randebenen-Spannurgen und Bettungswerte beim Knittern von ebenen Deckschichten.- Tafel C: Flußdiagramm des Optimierungsprogrammes.