Verbund- und Sandwichtragwerke

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.- Literatur.- 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.- Literatur.- 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.- Literatur.- 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.- Literatur.- 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.- Literatur.- 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.- Literatur.