Charakterisierung des nichtlinearen viskoelastischen Materialverhaltens von ETFE- und ECTFE-Folien zum Einsatz in Membranstrukturen des Bauwesens

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Natalie Stranghöner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427405088

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Derzeit werden die ausschließlich auf Zug abtragenden ETFE-Folien als leichte und weitspannende Dach- und Fassadenelemente in Membranstrukturen des Bauwesens unter heterogenen Regelungen eingesetzt. Um vereinheitlichte Regelungen aufstellen zu können, galt es als zentrales Forschungsziel, die grundlegenden Wissenslücken in Bezug auf das Materialverhalten von ETFE-Folien zu schließen, indem das Kurz- und das Langzeitzugverhalten analysiert wurde. Das zeit- und temperaturabhängige Materialverhalten des Folienwerkstoffs ETFE wurde sowohl unter mono- als auch biaxialer Beanspruchung charakterisiert. Das biaxiale Materialverhalten unter Kurz- und Langzeitzugeinwirkungen ist entscheidend für die Bemessung und Optimierung von ETFE-Strukturen, aber ungleich aufwendiger zu messen. Daher wurde eine analytische Korrelation zwischen dem mono- und biaxialen Materialverhalten unter Kurz- und Langzeitzugeinwirkungen entwickelt, sodass das biaxiale Materialverhalten auf Basis monoaxialer Zugversuche bestimmt werden kann. Neben den Materialuntersuchungen zum zeit- und temperaturabhängigen Materialverhalten von ETFE-Folien wurden unterschiedliche Foliendicken (100 µm, 250 µm) und drei unterschiedliche Materialprodukte betrachtet. Die Unterschiede waren so deutlich, dass verschiedene Materialklassen definiert wurden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• European ETFE-Design – New findings and concepts, in: Proc. Structural Membranes 2021, München, Deutschland, 13-14 September, 2021
  Stranghöner, N., Surholt, F., Runge, D. & Uhlemann, J.
  
• Mechanisch-technologische Eigenschaften von ETFE-Folien und deren Schweißverbindungen, in: Stranghöner, N., Uhlemann, J. (Hrsg.), 5. Essener Membranbau Symposium, Shaker Verlag, Düren, 2022
  Surholt, F., Runge, D., Uhlemann, J. & Stranghöner, N.,
  
• Mechanisch‐technologisches Verhalten von ETFE‐Folien und deren Schweißverbindungen. Stahlbau, 91(8), 513-523.
  Surholt, Felix; Runge, Dominik; Uhlemann, Jörg & Stranghöner, Natalie
  
• Temperature and Strain Rate Effects on the Uniaxial Tensile Behaviour of ETFE Foils. Polymers, 14(15), 3156.
  Surholt, Felix; Uhlemann, Jörg & Stranghöner, Natalie
  
• Correlation Between Uniaxial and Biaxial Creep Behaviour of ETFE Foils, in: Proc. Structural Membranes 2023, Valencia, Spanien, 2-4 Oktober, 2023
  Surholt, F., Uhlemann, J. & Stranghöner, N.
  
• Defining design limits for ETFE foils determined in bubble inflation tests, in: Proc. IASS Annual Symposium 2023, Melbourne, Australien, 10-14 Juli, 2023, S. 2158-2169
  Surholt, F., Uhlemann, J. & Stranghöner, N.