Momenten-Auflager-Interaktion von mehrfeldrig-gespannten Sandwichelementen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Lange
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401248346

Sandwichelemente im Bauwesen setzen sich in der Regel aus zwei dünnen Deckschichten aus Stahl zusammen, die über einen wärmedämmenden Kern, meistens aus Polyurethanhartschaum (PUR) bzw. Mineralwolle, schubfest miteinander verbunden sind. Jährlich werden in Deutschland ca. 20 Mio. m² Sandwichelemente als Dacheindeckungen und Wandverkleidungen eingebaut. Sie weisen eine ausgezeichnete Kombination von wasserdichtender, dämmender und tragender Funktion auf. Der vollständige Wand- bzw. Dachaufbau wird somit in einem Element vereint. Dies ist zusätzlich in der Lage, die auf es einwirkenden Lasten, wie z.B. Wind oder Schnee, zu tragen. Bedingt durch die Möglichkeiten der Vorfertigung, das geringe Eigengewicht und die schnelle Montage werden Sandwichelemente vorzugsweise in großen Längen verbaut, was aus statischer Sicht zu Durchlaufträger-Systemen führt. Werden Sandwichelemente als Mehrfeldträger eingebaut, so führt die Interaktion zwischen Stützmoment und Mittelauflagerkraft zu einer reduzierten Biegetragfähigkeit. Diese Tragfähigkeit muss für jede Bauteilvariante experimentell ermittelt werden. Ein allgemein anerkanntes Berechnungsmodell, das die lokale Belastungssituation richtig abbildet, existiert nicht. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, zu erkennen, welche mechanischen Zusammenhänge die Interaktion maßgeblich beeinflussen, und auf dieser Erkenntnis aufbauend ein Berechnungsmodell zu entwickeln, so dass dieses Tragverhalten nicht mehr versuchstechnisch bestimmt werden muss. Viele der in der Literatur existierenden Ansätze bauen auf den theoretischen Ermittlungen zur Bestimmung des maximal aufnehmbaren Momentes im ungestörten Bereich auf. Dies ist kritisch zu beurteilen, da die rechnerische Bestimmung der Knitterspannung im Bauwesen bis heute als ungelöstes Problem gilt. Für ein besseres Verständnis der gestörten Knitterspannung sind die Modelle für die ungestörte Knitterspannung dennoch hilfreich. Die meisten bisherigen theoretischen Überlegungen zur Bestimmung der gestörtenKnitterspannung, also der Knitterspannung bei gleichzeitig wirkender Auflagerlast, beruhen darauf, die globalen Schnittgrößen aus dem Stützmoment mit den lokalen Beanspruchungen aus der Auflagerkraft zu überlagern. Der Überblick über die bisherigen Forschungsarbeiten macht deutlich, dass sich die Modelle teilweise erheblich unterscheiden und nur eine geringe Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden zu erkennen ist. Daher besteht Forschungsbedarf.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen