Wind-Ertüchtigung statisch ausgenutzer [ausgenutzter] Hallendächer zur Aufnahme angestellter Solarpaneele mit innovativen CFK-Verstärkungssystemen:
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| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Fraunhofer-IRB-Verl.
2011
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| Schriftenreihe: | Forschungsinitiative ZukunftBau
F 2787 |
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
2. AUSGANGSSITUATION 3
2.1 STATISCHE ANFORDERUNGEN SOLARGENUTZTER HALLENDAECHER 4
2.1.1 ZUSATZLASTEN AUS EIGENGEWICHT 4
2.1.2 ZUSATZLASTEN AUS WIND 4
2.1.3 ZUSATZLASTEN AUS SCHNEE 5
2.1.4 UEBERSICHT DER GESAMTBEANSPRUCHUNG 6
2.2 WIRTSCHAFTLICHKEIT MOEGLICHER ERTUECHTIGUNGSMASSNAHMEN 7
2.3 ZIELSETZUNG 8
3. FASERVERBUNDWERKSTOFFE IM KONSTRUKTIVEN INGENIEURBAU 11
3.1 FASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFE 12
3.1.1 ERZEUGNISFORMEN 12
3.1.2 EIGENSCHAFTEN 13
3.2 ANWENDUNGEN IM STAHLBETONBAU 14
4. MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER WERKSTOFFE 17
4.1 HOLZWERKSTOFFE 17
4.1.1 KONSTRUKTIONSVOLLHOLZ UND BRETTSCHICHTHOLZ 17
4.1.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 18
4.1.3 HYGROTHERMISCHE EIGENSCHAFTEN 20
4.1.4 SCHUBSPANNUNGS-GLEITUNGS-BEZIEHUNG 21
4.2 EPOXIDHARZKLEBSTOFFE 23
4.2.1 ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN 24
4.2.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 25
4.2.3 HYGROTHERMISCHE EIGENSCHAFTEN 26
4.2.4 SCHUBSPANNUNGS-GLEITUNGS-BEZIEHUNG 27
4.2.5 BRUCHVERHALTEN VON KLEBUNGEN 28
4.3 CFK-LAMELLEN 29
4.3.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 30
5. STAND DER FORSCHUNG IM KONSTRUKTIVEN HOLZBAU 33
5.1 BIEGEVERSTAERKUNGEN 36
5.2 SCHUBVERSTAERKUNGEN 40
5.3 MODELLIERUNG DES TRAGVERHALTENS 45
5.3.1 BIEGETRAGFAEHIGKEIT UNVERSTAERKTER TRAEGER 45
I
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1018318402
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
5.3.2 BIEGETRAGFAEHIGKEIT VON VERBUNDTRAEGERN 52
5.3.3 SCHUBVERSTAERKUNGEN 57
5.3.3.1 FLAECHIGE VERSTAERKUNGEN 58
5.3.3.2 STABFOERMIGE VERSTAERKUNGEN 62
5.4 MODELLIERUNG DES VERBUNDVERHALTENS 64
5.4.1 KLEBUNGEN MIT STAHL- UND FVK-LAMELLEN 65
5.4.2 HOLZSCHRAUBEN 72
5.4.3 EINGEKLEBTE GEWINDEBOLZEN UND FVK-STAEBE 73
5.5 ZUSAMMENFASSUNG UND FORSCHUNGSANSATZ 75
6. VERBUNDVERHALTEN IN HOLZ EINGEKLEBTER CFK-LAMELLEN 81
6.1 MATERIALAUSWAHL 81
6.2 VERSUCHSAUFBAU UND PRUEFKOERPERABMESSUNGEN 82
6.2.1 VERSUCHSAUFBAU FUER VERBUNDLAENGEN L V 400 MM 82
6.2.2 VERSUCHSAUFBAU FUER VERBUNDLAENGEN L V 400 MM 85
6.3 HERSTELLUNG DER VERBUNDPROBEKOERPER 86
6.4 MESSEINRICHTUNGEN 88
6.5 VERSAGENSMECHANISMEN 92
6.5.1 VERBUNDVERSAGEN IM GRENZBEREICH LAMELLE/KLEBSTOFF 92
6.5.2 VERBUNDVERSAGEN IM GRENZBEREICH KLEBSTOFF/HOLZ 92
6.5.3 SCHUBVERSAGEN IM HOLZ 93
6.5.4 KOMBINIERTE VERSAGENSMECHANISMEN 93
6.6 VERSUCHSPROGRAMM 94
6.7 TRAG- UND BRUCHVERHALTEN UNTER QUASI-STATISCHER BEANSPRUCHUNG 96
6.7.1 VORVERSUCHE 96
6.7.2 LAST-RELATIWERSCHIEBUNGS-VERLAEUFE 98
6.7.2.1 VERHALTEN AM LASTSEITIGEN ENDE DER VERBUNDLAENGE 99
6.7.2.2 VERHALTEN AM LASTFERNEN ENDE DER VERBUNDLAENGE 100
6.7.3 KRAFT-UND SPANNUNGSVERLAUF ENTLANG DER VERBUNDLAENGE 101
6.7.3.1 VERLAUF DER LAMELLENKRAFT 101
6.7.3.2 VERLAUF DER SCHUBSPANNUNG 102
6.7.4 QUERVERFORMUNGEN DES HOLZKOERPERS 104
6.7.5 EINFLUSSGROESSEN DER VERBUNDTRAGKRAFT 105
6.7.5.1 VERBUNDLAENGE 105
6.7.5.2 SCHLITZBREITE 106
6.7.5.3 HOLZART 109
6.7.5.4 EPOXIDHARZKLEBER 110
6.7.5.5 ABSTAND DER LAMELLE ZUM BAUTEILRAND 111
6.7.6 UNTERSUCHUNG DES REIBUNGSVERHALTEN 114
II
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
6.8 TRAG- UND BRUCHVERHALTEN UNTER HYGROTHERMISCHER BEANSPRUCHUNG 116
6.8.1 EINFLUSS ERHOEHTER UMGEBUNGSTEMPERATUREN 117
6.8.2 EINFLUSS ERHOEHTER UMGEBUNGSFEUCHTEN 119
6.9 ZUSAMMENFASSUNG ZUM VERBUNDVERHALTEN 125
7. MODELLIERUNG DES VERBUNDVERHALTENS EINGEKLEBTER CFK-LAMELLEN 127
7.1 HERLEITUNG DES MECHANISCHEN MODELLS 127
7.1.1 PROBLEMSTELLUNG UND LOESUNGSANSATZ 127
7.1.2 MODELLIERUNG DES VERSCHIEBLICHEN VERBUNDS 129
7.1.2.1 HERLEITUNG DER DGL DES VERSCHIEBLICHEN VERBUNDS 129
7.1.2.2 LOESUNG DER DGLVV FUER DEN LINEAREN VERBUNDANSATZ 130
7.1.2.3 MODELLANNAHMEN 132
7.1.2.4 DISKRETISIERUNG DER DGLVV 134
7.2 BESTIMMUNG DES RECHNERISCHEN VERBUNDANSATZES 136
7.2.1 GLEITVERHALTEN AN DER KLEBEFUGE 136
7.2.2 GEMESSENE VERBUNDSPANNUNGS-SCHLUPF-VERLAEUFE 140
7.3 NUMERISCHE BERECHNUNG DES VERBUNDVERHALTENS 145
7.3.1 NUMERISCHE APPROXIMATION DER DGLVV 146
7.3.2 NACHRECHNEN VON AUSZUGVERSUCHEN 147
7.3.3 PARAMETERSTUDIE 151
7.4 BESTIMMUNG DER VERBUNDBRUCHKRAFT 153
7.4.1 ERGEBNISSE DES VERBUNDMODELLS 153
7.4.2 ERGEBNISSE DER AUSZUGVERSUCHE 154
7.4.3 BEMESSUNGSGLEICHUNG DER VERBUNDBRUCHKRAFT 155
8. TRAGVERHALTEN VERSTAERKTER BRETTSCHICHTHOLZTRAEGER 157
8.1 MATERIALAUSWAHL 157
8.2 VERSUCHSAUFBAU UND MESSEINRICHTUNGEN 158
8.3 HERSTELLUNG DER REFERENZ- UND VERBUNDTRAEGER 160
8.4 BRUCHMECHANISMEN 162
8.4.1 ZUGVERSAGEN DER KEILZINKENVERBINDUNGEN 162
8.4.2 ZUGVERSAGEN AN WUCHSUNREGELMAESSIGKEITEN DES HOLZES 163
8.4.3 DRUCKVERSAGEN DES HOLZES 163
8.4.4 ZUG- UND ENDVERANKERUNGSVERSAGEN DER CFK-LAMELLE 164
8.5 VERSUCHSPROGRAMM 165
8.6 TRAG- UND BRUCHVERHALTEN DER TRAEGERVERSUCHE 168
8.6.1 LAST- VERSCHIEBUNGS- VERLAEUFE 169
8.6.2 DEHNUNGSVERLAEUFE 169
8.6.2.1 MESSUNGEN AM HOLZQUERSCHNITT 170
III
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
8.6.2.2 MESSUNGEN AN DER CFK-LAMELLE 171
8.6.3 SCHUBSPANNUNGSVERLAEUFE 172
8.6.3.1 VERANKERUNG IM AUFLAGERBEREICH 172
8.6.3.2 VERANKERUNG IM BEREICH DER LASTEINLEITUNG 173
8.6.4 REFERENZVERSUCHE 174
8.6.5 VERSUCHE MIT OBERFLAECHIGER VERSTAERKUNG (P = 0,22%) 175
8.6.6 VERSUCHE MIT SEITLICH EINGESCHLITZTER VERSTAERKUNG (P = 0,23%) 176
8.6.7 VERSUCHE MIT UNTERSEITIG EINGESCHLITZTER VERSTAERKUNG (P = 0,35%)
177
8.6.7.1 VERSUCHE MIT VOLLGEWINDESCHRAUBEN 179
8.6.7.2 VERSUCHE MIT LOKALER VERSTAERKUNG 181
8.6.8 VERSUCHE MIT UMSEITIG EINGESCHLITZTER VERSTAERKUNG (P = 0,81%) 182
8.6.9 VERSUCHE MIT KOMBINIERTER VERSTAERKUNG (P = 0,91%) 183
8.7 ZUSAMMENFASSUNG ZUM TRAGVERHALTEN 184
9. STOCHASTISCHE MODELLIERUNG DES TRAGVERHALTENS 189
9.1 ANSATZ UND MODELLANNAHMEN 189
9.1.1 SIMULATION DES TRAEGERAUFBAUS 190
9.1.2 NUMERISCHE APPROXIMATION DES BIEGETRAGVERHALTENS 192
9.1.2.1 BERECHNUNG DER BIEGETRAGFAEHIGKEIT 192
9.1.2.2 BERECHNUNG DER BIEGEVERFORMUNG 194
9.1.2.3 NACHWEIS DER ENDVERANKERUNG 196
9.1.2.4 LOKALER NACHWEIS DER HOLZSCHUBFESTIGKEIT 197
9.1.3 SOFTWARE ZUR DURCHFUEHRUNG VON MONTE-CARLO-SIMULATIONEN 198
9.2 STATISTISCHE EINGANGSPARAMETER 199
9.2.1 STATISTISCHE VERTEILUNGEN 199
9.2.1.1 NORMALVERTEILUNG 200
9.2.1.2 LOGARITHMISCHE NORMALVERTEILUNG 200
9.2.1.3 ZWEIPARAMETRISCHE WEIBULL-VERTEILUNG 200
9.2.2 ERMITTLUNG DER ZUFALLSGROESSEN 200
9.2.3 EIGENSCHAFTEN DES KEILZINKENFREIEN BRETTSCHICHTHOLZES 201
9.2.3.1 DRUCKFESTIGKEIT 201
9.2.3.2 ZUGFESTIGKEIT 202
9.2.3.3 ELASTIZITAETSMODUL 202
9.2.3.4 ROHDICHTE 203
9.2.3.5 ENTFESTIGUNGSVERHALTEN 203
9.2.3.6 ANORDNUNG UND LAENGE DER BRETTLAMELLEN 204
9.2.4 EIGENSCHAFTEN DER KEILZINKENVERBINDUNGEN 205
9.3 NACHRECHNUNG VON TRAEGERVERSUCHEN 205
9.3.1 BRUCHLASTEN UND BIEGESTEIFIGKEITEN 205
IV
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
9.3.2 VERFORMUNGSVERHALTEN IM BRUCHZUSTAND 208
9.3.3 VERSAGENSMECHANISMEN 209
9.3.3.1 PLASTISCHE VERFORMUNG DER DRUCKZONE 209
9.3.3.2 SCHUB- UND ENDVERANKERUNGSVERSAGEN 210
9.4 PARAMETERSTUDIE 211
9.4.1 EINFLUSS DES VERSTAERKUNGSGRADS 212
9.4.2 EINFLUSS DER LAMELLENLAENGE 214
9.4.3 EINFLUSS DER FESTIGKEITSKLASSE 215
9.4.4 EINFLUSS DES E-MODULS DER KLEBEVERSTAERKUNG 217
9.4.5 EINFLUSS DER BRETTLAENGE 218
9.4.6 EINFLUSS DES ENTFESTIGUNGSVERHALTENS DER DRUCKZONE 220
9.5 BESTIMMUNG DES BIEGETRAGVERHALTENS 222
9.5.1 BERECHNUNG DER BIEGETRAGFAEHIGKEIT 222
9.5.1.1 BERECHNUNG DES EFFEKTIVEN VERSTAERKUNGSGRADS 223
9.5.1.2 BEMESSUNG BEI ELASTISCHER DRUCKZONE 226
9.5.1.3 BEMESSUNG BEI PLASTISCHER DRUCKZONE 226
9.5.2 BERECHNUNG DER BIEGESTEIFIGKEIT 229
9.5.3 NACHWEIS DER VERBUNDSPANNUNGEN 230
9.5.4 NACHWEIS DER SCHUBSPANNUNGEN 231
10. UNTERSUCHUNGEN ZUR AUSSTEIFUNG DER DACHEBENE 235
10.1 AUSGANGSSITUATION 235
10.1.1 LASTANNAHMEN 236
10.1.2 AUSSTEIFUNGSKONZEPT 236
10.2 MODELLIERUNG DER DACHAUSSTEIFUNG 238
10.2.1 GRUNDLAGEN DER STATISCHEN MODELLIERUNG 239
10.2.2 DEFINITION DER MODELLQUERSCHNITTE 239
10.2.2.1 STAHLPROFILE 241
10.2.2.2 BRETTSCHICHTHOLZTRAEGER 241
10.2.2.3 CFK-ZUGBAENDER 242
10.2.3 KLEMMVERANKERUNG FUER CFK-ZUGBAENDER 242
10.2.4 VERSUCHSAUFBAU 245
10.2.5 MESSEINRICHTUNGEN 246
10.2.6 VERSUCHSPROGRAMM 247
10.3 TRAGVERHALTEN DES MODELLIERTEN DACHVERBANDS 248
10.3.1 STATISCHE ANALYSE 248
10.3.2 ADHAESIONSFREI VERANKERTE CFK-ZUGBAENDER 248
10.3.3 ADHAESIONSVERANKERTE CFK-ZUGBAENDER 250
10.3.3.1 VERSUCH ASV_2 250
V
IMAGE 6
INHALTSVERZEICHNIS
10.3.3.2 VERSUCH ASV_3 252
10.4 DIMENSIONIERUNG DER SYSTEMKOMPONENTEN 255
10.4.1 AUSFUEHRUNG DER KLEMMVERANKERUNG 255
10.4.2 AUSFUEHRUNG DER ZUG- UND DRUCKGURTE 257
11. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 259
LITERATURVERZEICHNIS 262
NORMEN UND RICHTLINIEN 268
BEZEICHNUNGEN UND SYMBOLE 270
ANHANG A: UNTERSUCHUNGEN AN AUSGANGSSTOFFEN 273
ANHANG B: ERGEBNISSE DER AUSZUGVERSUCHE 285
ANHANG C: ERGEBNISSE DER TRAEGERVERSUCHE 317
ANHANG D: ERGEBNISSE DER AUSSTEIFUNGSVERSUCHE 371
ANHAND E: SONSTIGE UNTERSUCHUNGEN 383
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