Zum Tragverhalten geklebter Träger aus Stahl und Glas

Abstract

In der modernen Architektur werden immer häufiger transparente Tragelemente aus Glas verwendet, mit denen Konstruktionen mit einem außergewöhnlich leichten Erscheinungsbild und hoher Transparenz geschaffen werden. Als tragende Elemente kommen zunehmend Glasträger zum Einsatz. Die Biegetragfähigkeit von Glasträgern kann durch Kombination der Werkstoffe Glas und Stahl in einem I-förmigen Querschnitt deutlich erhöht werden. Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Tragfähigkeit und Steifigkeit der geklebten Verbindung zwischen Glassteg und Stahlflansch. Die Verformbarkeit der geklebten Verbindung bestimmt maßgebend den Lastabtrag des Verbundträgers. Steife geklebte Verbindungen bewirken eine hohe Biegetragfähigkeit von Stahl-Glas-Trägern. Andererseits muss die geklebte Verbindung ausreichend weich sein, um unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen den Querschnittsteilen auszugleichen. Die Dimensionierung optimaler Querschnitte erfordert daher sowohl Kenntnisse zum Tragverhalten unter Biegung als auch unter Temperaturbeanspruchung. Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Zum einen wird das Biegetragverhalten geklebter Stahl-Glas-Träger auf Basis experimenteller Untersuchungen an Großversuchen und numerischen sowie analytischen Berechnungen analysiert. Die Untersuchungen zeigen, dass die Erfassung des Lastabtrags in Abhängigkeit der geklebten Verbindung mit bestehenden, teils angepassten Berechnungsverfahren des nachgiebigen Verbunds in guter Genauigkeit erfolgen kann. Zum anderen erfolgt eine theoretische Analyse des Tragverhaltens unter Temperaturbeanspruchung. Das analytisch hergeleitete und numerisch bestätigte Berechnungsverfahren ermöglicht die rechnerische Erfassung von Spannungen bei Erwärmung unter Berücksichtigung der nachgiebigen Verklebung. Kritische Querschnittsbereiche mit hohen auftretenden Spannungen werden identifiziert und Gleichungen zur vereinfachten Berechnung hergeleitet. Mit den gewonnenen Forschungsergebnissen können die Querschnittsteile des Stahl-Glas-Trägers unter Berücksichtigung von architektonischen Anforderungen sinnvoll dimensioniert und geeignete geklebte Verbindungen entwickelt werden. Die vorgestellten Bemessungsansätze zeigen die heutigen Möglichkeiten und Grenzen bei der Bemessung von Stahl-Glas-Trägern auf und legen die Anforderungen an die geklebte Verbindung in der Kurz- und Langzeitbemessung dar.