Verbund- und Sandwichtragwerke

Inhaltsverzeichnis

• 1 Begriffe.
• 1 .1 Integrierte Bauweise.
• 1 .2 Verbundkonstruktionen.
• 1 .3 Sandwichtechnik.
• 1.4 Stahlprofile und Stahlprofilbleche.
• Literatur.
• 2 Einwirkungen.
• 2.1 Schwergewichtslasten.
• 2.1.1 Eigengewicht.
• 2.1.2 Nutzlasten.
• 2.2 Atmosphärische Einwirkungen.
• 2.2.1 Schneebelastung.
• 2.2.1.1 Auswertung von Schneemessungen.
• 2.2.1.2 Bestimmung von Langzeitlasttkollektiven.
• 2.2.2 Windbelastung.
• 2.2.2.1 Der natürliche Wind und seine Störungen.
• 2.2.2.2 Windlastannahmen nach Normen.
• 2.2.3 Temperatureinwirkung.
• 2.2.3.1 Klimatologische Grundlagen.
• 2.2.3.2 Temperatureinwirkung auf Sandwichbauteile.
• 2.3 Katastrophale Einwirkungen.
• 2.3.1 Brand.
• 2.3.1.1 Bemessungskonzept für Industriebauten.
• 2.3.1.2 Brandbelastung.
• 2.3.1.3 Erforderliche Feuerwiderstandsdauer.
• 2.3.2 Erdbeben.
• 2.3.3 Explosion.
• 3 Entwurfsoptimierung.
• 3.1 Der generelle Optimierungsbegriff.
• 3.2 Sicherheitsanforderungen für Bauteile.
• 3.2.1 Grundlagen deterministischer und probabilistischer Sicherheit.
• 3.2.2 Sicherheitsnachweise nach Normen.
• 3.2.3 Grenztragfähigkeit.
• 3.3 Baulicher Brandschutz.
• 3.3.1 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen.
• 3.3.2 Feuerwiderstand von Verbundstäben.
• 3.3.3 Feuerwiderstand von Verbunddecken.
• 3.3.4 Feuerwiderstand von Verbunddächern.
• 3.3.5 Feuerwiderstand von Verbundwänden.
• 3.4 Bauphysikalische Erfordernisse.
• 3.4.1 Wärmeschutz.
• 3.4.1 .1 Anforderungen, Begriffe.
• 3.4.1.2 Erhöhter Wärmeschutz nach gesetzlichen Bestimmungen.
• 3.4.1 .3 Sommerlicher Wärmeschutz.
• 3.4.2 Schallschutz.
• 3.4.2.1 Anforderungen, Begriffe.
• 3.4.2.2 Luftschalldämmung 1.
• 3.4.2.3 Trittschalldämmung.
• 3.4.3 Feuchteschutz.
• 3.4.3.1 Anforderungen, Begriffe.
• 3.4.3.2 Luft- und Baustoffeuchte.
• 3.4.3.3 Dampfdiffusion und Kondensation bei Bauteilen.
• Literatur 1.
• 4 Stahlprofil/Beton-Verbundstäbe.
• 4.1 Der Profilverbund.
• 4.2 Grenztragfähigkeit von Verbundprofilen.
• 4.2.1 Biegemomente.
• 4.2.2 Querkräfte.
• 4.2.3 Längskräfte.
• 4.3 Schnittkraft-Interaktion.
• 4.3.1 Biegemoment und Querkraft.
• 4.3.2 Biegemoment und Längskraft.
• 4.3.3 Biegemoment, Quer- und Längskraft.
• 4.3.4 Zweiachsige Biegung.
• 4.4 Bemessung von Verbundprofil-Bauteilen unter Raumtemperatur.
• 4.4.1 Verbundprofil-Stützen.
• 4.4.1.1 Mittiger Druck.
• 4.4.1.2 Druck und Biegung.
• 4.4.2 Verbundprofil-Biegeträger.
• 4.4.3 Verbundprofil-Rahmentragwerke.
• 4.4.4 Grenztragfähigkeit von Verbundprofil-Knoten.
• 4.5 Verbundstäbe im Hochtemperaturbereich.
• 4.5.1 Einflüsse auf die Feuerwiderstandsdauer.
• 4.5.2 Instationäre Temperaturfelder bei Verbundprofilen...
• 4.5.2.1 Thermische Belastung.
• 4.5.2.2 Wärmeübertragung vom Brandraum auf das Bauteil.
• 4.5.2.3 Wärmeübertragung infolge Leitung im Bauteil.
• 4.5.2.4 Zweidimensionales Wärmeleitproblem am Beispiel eines Stützenquerschnitts.
• 4.5.2.5 Dreidimensionales Wärmeleitproblem am Beispiel eines Stützen-Riegelanschlusses.
• 4.5.2.6 Parameterstudien zum Erwärmungsverhalten.
• 4.5.3 Temperaturabhängige Rechenwertfestigkeiten.
• 4.5.4 Studien zur Berechnung homogener Stahlprofil-Druckstäbe im Hochtemperaturbereich.
• 4.6 Brand-Traglastberechnung für Verbundprofil-Bauteile.
• 4.6.1 Verbundprofil-Druckstäbe.
• 4.6.1.1 Berechnung mit Hilfe von Temperaturfeldern.
• 4.6.1.2 Vereinfachtes Näherungsverfahren mittels eines brandreduzierten Ersatzquerschnitts.
• 4.6.1.3 Bemessungshilfen.
• 4.6.2 Verbundprofil-Biegeträger.
• 4.6.3 Verbundprofil-Rahmentragwerke.
• 4.7 Traglastversuche bei Raumtemperatur.
• 4.7.1 Verbundprofil-Stützen.
• 4.7.1.1 Strangpreßprofile.
• 4.7.1.2 Faserbeton.
• 4.7.2 Verbundprofil-Biegeträger.
• 4.7.3 Verbundprofil-Rahmentragwerke.
• 4.7.3.1 Versuchsprogramm.
• 4.7.3.2 Einfluß der Verbundwirkungen.
• 4.7.3.3 Einfluß von Quer- und Längskraft.
• 4.7.3.4 Knotentragfähigkeit.
• 4.8 Brandversuche.
• 4.8.1 Verbundprofil-Stützen.
• 4.8.1.1 Walzprofile 1.
• 4.8.1.2 Strangpreßprofile.
• 4.8.2 Verbundprofil-Plattenbalken.
• 4.8.3 Verbundprofil-Rahmenträger.
• 4.8.4 Verbundprofil-Anschlüsse.
• 4.9 Beispiele.
• 4.9.1 Planmäßig zentrisch belastete Verbundprofil-Stütze..
• 4.9.2 Verbundprofil-Plattenbalken.
• 4.9.3 Verbundprofil-Rahmenträger.
• 5 Stahlprofilblech/Beton-Verbundplatte.
• 5.1 Verbundwirkungen.
• 5.1.1 Haftverbund.
• 5.1.2 Flächenverdübelung.
• 5.2 Bemessung.
• 5.2.1 Grenzlast- und Gebrauchsfähigkeitsnachweise.
• 5.2.2 Biegebeanspruchung.
• 5.2.3 Schubbeanspruchung.
• 5.2.3.1 Querkraftaufnahme.
• 5.2.3.2 Verdübelung.
• 5.2.4 Verformungen.
• 5.3 Versuche.
• 5.3.1 Versuchsprogramm.
• 5.3.2 Scherversuche.
• 5.3.3 Querkraftversuche.
• 5.3.4 Biegeversuche.
• 5.3.5 Traglastversuch orthogonaler Träger-Plattenverbund..
• 5.3.5.1 Versuchsaufbau.
• 5.3.5.2 Verformungs- und Tragverhalten.
• 5.3.5.3 Bolzenschweißverbindung.
• 5.4 Tragverhalten unter Brandeinwirkung.
• 5.4.1 Einflüsse auf den Feuerwiderstand.
• 5.4.2 Versuchskörper.
• 5.4.3 Versuchsergebnisse.
• 5.5 Versuchsauswertung und Bemessungshinweise.
• 5.5.1 Verdübelung.
• 5.5.2 Tragfähigkeit und Verformung.
• 5.5.3 Feuerwiderstand.
• 5.6 Nachweis der Schalldämmung.
• 5.7 Beispiele.
• 5.7.1 Stahlprofilblech/Beton-Verbundplatte für Geschoßdecken.
• 5.7.2 Rechnerische Abschätzung der Beanspruchung im Brandversuch.
• 6 Stahlrohr/Beton-Sandwichbrücken.
• 6.1 Konstruktiver und werkstofflicher Aufbau.
• 6.2 Berechnungsmodelle.
• 6.3 Rohrsandwichplatte als Verbundträgerrost.
• 6.3.1 Längs- und Querträger.
• 6.3.2 Wirksame Plattendrillsteifigkeit.
• 6.4 Zum Entwurf von Stahlrohr/Beton-Sandwichbrücken über Autobahnen.
• 6.5 Versuchsergebnisse.
• 6.5.1 Modellversuche.
• 6.5.2 Schwingf estigkeitsversuch.
• 6.5.3 Traglastversuch.
• 6.6 Beispiele.
• 6.6.1 Quadratische Sandwichplatte unter Vollast.
• 6.6.2 Rohrsandwichbrücke Kronberg/Ts.
• 6.7 Ausblick auf die weitere Entwicklung.
• 7 Stahlprofilblech/Polyurethan-Sandwichtragwerke.
• 7.1 Entwurfskonzepte.
• 7.2 Herstellung von Stahlprofilblech-Sandwichtragwerken mit Polyurethanhartschaum-Kernschicht.
• 7.2.1 Ausgangsrohstoffe des Polyurethanhartschaums.
• 7.2.2 Diskontinuierliche Herstellung.
• 7.2.3 Kontinuierliches Fertigungsverfahren.
• 7.3 Werkstoffeigenschaften von Polyurethanhartschaum-Kernschichten.
• 7.3.1 Physikalische Eigenschaften.
• 7.3.1.1 Dichte.
• 7.3.1.2 Haftung.
• 7.3.1 .3 Wärmedämmung.
• 7.3.2 Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften.
• 7.3.2.1 Temperatur, Zeit, Struktur, Dichte.
• 7.3.2.2 Meßverfahren und Probenform.
• 7.3.3 Mechanische Eigenschaften bei kurzzeitiger Beanspruchung.
• 7.3.3.1 Bei Raumtemperatur.
• 7.3.3.2 Unter besonderer Temperatureinwirkung.
• 7.3.4 Mechanische Eigenschaften bei langzeitiger Beanspruchung.
• 7.3.4.1 Konstante langzeitige Beanspruchung bei Raumtemperatur.
• 7.3.4.2 Veränderliche langzeitige Beanspruchung bei Raumtemperatur.
• 7.3.4.3 Konstante langzeitige Beanspruchung bei besonderer Temperatureinwirkung.
• 7.3.4.4 Veränderliche langzeitige Beanspruchung bei besonderer Temperatureinwirkung.
• 7.3.5 Auswertung der Versuchsergebnisse für Berechnungsgrundlagen.
• 7.3.5.1 Viskoelastisches Werkstoffverhalten.
• 7.3.5.2 Ermittlung der Kriech- und Relaxationsfunktionen.
• 7.4 Trag- und Verformungsverhalten von ebenen und profilierten Sandwichtragwerken.
• 7.4.1 Allgemeine Hinweise.
• 7.4.2 Der elastische Verbund.
• 7.4.2.1 Lösung mit Hilfe des Differenzenverfahrens.
• 7.4.2.2 Schubfluß in einer isotropen Kernschicht.
• 7.4.2.3 Schubfluß in einer inhomogenen und orthotropen Kernschicht.
• 7.4.3 Instabilität der Deckschichten.
• 7.4.3.1 Knittern elastisch gebetteter, ebener Deckschichten.
• 7.4.3.2 Knittern elastisch gebetteter, profilierter Deckschichten.
• 7.4.3.3 Einflüsse aus nichtlinearem Werkstoffverhalten.
• 7.4.4 Langzeitige Beanspruchung.
• 7.4.4.1 Realistische Lastkollektive.
• 7.4.4.2 Näherung für eine beliebige Belastungsgeschichte.
• 7.4.4.3 Auswirkung des Kernkriechens auf die Bettung der Deckschichten.
• 7.4.5 Trag- und Verformungsverhalten bei Temperatureinwirkung.
• 7.5 Experimentelle Untersuchungen.
• 7.5.1 Versuchsauf bau und Meßtechnik.
• 7.5.2 Kurzzeitverhalten.
• 7.5.2.1 Versuchsprogramm und Ergebnistabellen.
• 7.5.2.2 Profilsandwichplatten mit einem ebenen Deckblech.
• 7.5.2.3 Profilsandwichplatten niedriger Steghöhe.
• 7.5.2.4 Profilsandwichplatten mittlerer Steghöhe.
• 7.5.2.5 Profilsandwichplatten großer Steghöhe.
• 7.5.2.6 Profilsandwichplatten mit Sicken und großer Steghöhe.
• 7.5.2.7 Profilsandwichplatten mit Aluminiumtrapezprofil-Deckblechen.
• 7.5.2.8 Sandwichfaltwerke mit Stahldeckblechen.
• 7.5.3 Langzeitverhalten.
• 7.5.3.1 Versuchsprogramm.
• 7.5.3.2 Einfluß des Kernkriechens auf die Verformungen und Spannungen.
• 7.5.3.3 Einfluß einer längeren Vorbelastung auf die Traglast.
• 7.5.4 Temperatureinwirkung.
• 7.5.4.1 Versuchsauf bau und Versuchsprogramm.
• 7.5.4.2 Versuchsergebnisse mit dem Sommertemperaturkollektiv.
• 7.5.4.3 Versuchsergebnisse mit dem Wintertemperaturkollektiv.
• 7.5.5 Brandverhalten.
• 7.5.5.1 Entwurfskonzept für die Brandbemessung.
• 7.5.5.2 Brandversuche an Profilsandwichplatten.
• 7.5.5.3 Kleinbrandversuche.
• 7.6 Bemessung und Sicherheit.
• 7.6.1 Auswertung der theoretischen und experimentellen Untersuchungen.
• 7.6.2 Sicherheitskonzept.
• 7.7 Beispiele.
• 7.7.1 Sandwichplatten mit quasi-ebenen Deckblechen.
• 7.7.1.1 Einfeldplatte.
• 7.7.1.2 Zweifeldplatte.
• 7.7.2 Sandwichplatte mit profiliertem oberen Deckblech.
• 8 Stahlprofilblech/Mineral-Sandwichplatte.
• 8.1 Entwurfskonzept.
• 8.2 Werkstof feigenschaf ten.
• 8.2.1 Faserbewehrtes Silikat.
• 8.2.1.1 Werkstoffeigenschaften bei Raumtemperatur.
• 8.2.1.2 Werkstoffeigenschaften bei Hochtemperatur.
• 8.2.2 Isolierbetone.
• 8.2.2.1 Verschiedene Zuschlagstoffe.
• 8.2.2.2 Perlitebeton mit organischen Zusätzen.
• 8.2.2.3 Kurzzeiteigenschaften.
• 8.2.2.4 Langzeiteigenschaften.
• 8.3 Verbund durch Schraubenverdübelung.
• 8.3.1 Tragverhalten und Steifigkeit verschiedener Verdübelungsausbildungen.
• 8.3.2 Schubtragfähigkeit der Schraubenverdübelung.
• 8.3.3 Fiktiver Schubmodul der Schraubenverdübelung.
• 8.4 Traglastversuche bei Raumtemperatur.
• 8.4.1 Versuchsprogramm und Versuchsdurchführung.
• 8.4.2 Einfeldplatten.
• 8.4.3 Mehrfeldplatten.
• 8.4.4 Langzeitbelastung.
• 8.5 Brandversuche.
• 8.5.1 Zur Versuchsdurchführung.
• 8.5.2 Temperaturverteilung im Querschnitt.
• 8.5.3 Versuchsprogramm für Bauteile.
• 8.5.4 Versuchsergebnisse.
• 8.6 Berechnung und Bemessung.
• 8.6.1 Berechnung der Verformungen, Spannungen und Traglasten.
• 8.6.2 Berechnungsergebnisse.
• 8.6.3 Bemessung und Sicherheit.
• 8.7 Ausblick auf die weitere Entwicklung.