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Beitrag zur versuchstechnischen und numerischen Beschreibung von Verbundglas mit PVB-Zwischenschicht im intakten und gebrochenen Zustand

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[Quelle: http://d-nb.info]

Die Verwendung von Verbundglas im konstruktiven Glasbau hat in den letzten Jahrzenten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Durch die Kombination von Glasscheiben mit einer polymeren Zwischenschicht werden im Bruchfall die Glasfragmente zusammengehalten und eine gewisse Resttragfähigkeit ist vorhanden. Die Kenntnis über das Materialverhalten der Zwischenschicht ist dabei sowohl im intakten als auch im gebrochenen Zustand von elementarer Bedeutung, um das Tragverhalten nachzuvollziehen und Bemessungsgrößen berechnen zu können. Zurzeit ist Polyvinylbutyral (PVB) der gebräuchlichste Zwischenschichttyp und Gegenstand der hier durchgeführten Untersuchungen. Die Untersuchung des intakten Zustandes eines Verbundglases ist Gegenstand des ersten Teils dieser Arbeit. Im intakten Zustand ist die Bestimmung des zeit- und temperaturabhängigen Schubmoduls der polymeren Zwischenschicht für die Bemessung der wesentliche zu untersuchende Parameter. Dazu können Versuche an der reinen Zwischenschicht durchgeführt werden, welche über Großbauteilversuche validiert werden müssen. Eine Versuchs- und Auswertemethodik für die Durchführung solcher Großbauteilversuche als Biege- und Torsionsversuch wird detailliert beschrieben und diskutiert. Dabei wird auch auf den Einfluss von Messfehlern eingegangen und aufgezeigt, dass dieser Einfluss nicht linear über dem Schubmodulbereich liegt. Die Ergebnisse können für die Kalibrierung eines Teilsicherheitsbeiwertes für PVB genutzt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird der gebrochene Zustand eines Verbundglases näher untersucht. Hier steigt die Zahl der Einflussfaktoren auf das Tragverhalten. Die Verformungen der Glaskonstruktion können so groß werden, dass die Verzerrungen in der Zwischenschicht den linearen viskoelastischen Bereich übersteigen. Mittels Relaxationsversuchen bei großen Verzerrungen wird dokumentiert, dass sich die Zeitabhängigkeit auch für große Verzerrungen nicht ändert. Lediglich die Einzelfedersteifigkeiten im generalisierten Maxwell-Modell sind außerhalb des linearen Bereichs anzupassen. Darüber hinaus kann über Risse im Glas Feuchtigkeit an die Zwischenschicht gelangen. Da PVB ein hygroskopischer Werkstoff ist, wird Feuchtigkeit absorbiert, was zu Veränderungen im Steifigkeitsverhalten führt. Kriechversuche bei verschiedenen Luftfeuchten deuten darauf hin, dass PVB ein feuchte-rheologisch einfaches Materialverhalten aufweist. Analog zum Zeit-Temperatur-Verschiebungsprinzip (ZTV) wird ein Zeit-Feuchte-Verschiebungsprinzip für PVB eingeführt. Eine erhöhte Luftfeuchtigkeit führt wie eine Erhöhung der Temperatur zu einer signifikanten Reduzierung der Steifigkeit von PVB. Neben diesen Untersuchungen an der reinen Zwischenschicht, wird über Bauteilversuche an Verbundglas das Tragverhalten im gebrochenen Zustand untersucht. Dazu wird ein ganzheitlicher Versuchsansatz verfolgt, bei dem am gleichem Probekörper verschiedene Versuche zur Resttragfähigkeit durchgeführt werden. Through-Crack-Bending (TCB) Versuche verdeutlichen den Einfluss der Haftung der Zwischenschicht, der Temperatur, des Lastniveaus und der Glasdicke. Dabei kann aufgezeigt werden, dass je nach Rissmuster im Verbundglas, sich sowohl ein zu hoher als auch ein zu niedriger Haftgrad negativ auf das Resttragverhalten auswirken können. Zudem kann gezeigt werden, dass es im Versatz zwischen zwei Rissen zu Delaminationserscheinungen auf Grund eines reinen Schubspannungszustands kommt. Diese Beobachtung kann durch Haftscherversuche an Probekörpern, welche aus den TCB-Probekörpern entnommen werden, validiert werden. Zusätzlich werden Pummelversuche an den TCB-Probekörpern durchgeführt, mit dem Ziel, über einen einfachen Bauteilversuch die Resttragfähigkeit eines Verbundglases quantifizieren zu können. Insgesamt korrelieren die Ergebnisse zwischen den drei Versuchen in Bezug auf die Versagensdauer im TCB-Versuch, maximale Haftscherfestigkeit im Haftscherversuch und erzieltem Pummelwert nur bedingt, so dass eine Bewertung der Resttragfähigkeit eines Verbundglases über einen der Versuche nicht valide zu realisieren ist. Die Ergebnisse können allerdings für die Entwicklung eines expliziten numerischen Modells eines gebrochenen Verbundglases genutzt werden und verdeutlichen die Komplexität dieser Thematik. Neben diesen Versuchen zur Bewertung von gebrochenem Verbundglas aus grob brechendem Glas, werden uniaxiale Zugversuche an gebrochenem Verbundglas aus Einscheibensicherheitsglas (ESG) durchgeführt. Hierüber kann gezeigt werden, dass die Glasfragmente zu einer hohen Versteifung des Systems führen und in der Bemessung von gebrochenem Verbundglas aus ESG nicht vernachlässigt werden sollten. Die Charakterisierung des Materialverhaltens kann hierbei vereinfacht über ein trilineares Materialmodell erfolgen. Abschließend werden die Ergebnisse in Bezug auf die aktuelle Normung im konstruktiven Glasbau diskutiert und Vorschläge für die Überarbeitung und Ergänzung der Normung dargelegt.

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Glasschäden am Bau vermeiden
Kompaktes Wissen rund um den Baustoff Glas.
3., vollst. überarb. Aufl.
2021, 184 S., 117 Abb., 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aus der Architektur ist Glas nicht wegzudenken. Es unterscheidet sich aber wesentlich von anderen Baustoffen, denn Glas bricht spontan! Sebastian Sage erklärt, was bei der Verwendung von Glas in Bauwerken beachtet werden muss. Kompakt stellt er den Baustoff Glas und die Einsatzgebiete von unterschiedlichen Fensterkonstruktionen über absturzsichernde und begehbare bis zu Schutzverglasungen vor. In der 3. Auflage wird ein besonderes Augenmerk auf die kritischen Nahtstellen, wo Glas in Fenster und Fenster in Gebäude eingebaut werden, gerichtet. Ein umfangreiches Verzeichnis der geltenden Normen und Richtlinien gibt dem Planer den erforderlichen Überblick, gleichzeitig werden aber auch Schwachstellen in der Normung benannt.

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Ernst & Sohn

 

 

Das Buch präsentiert in zahlreichen Beiträgen renommierter Fachleute den aktuellen Stand der Technik im konstruktiven Glasbau. Nachhaltige und resiliente Fassadensysteme der Zukunft stehen im Fokus der Diskussion ebenso wie die Bewertung neuer Materialien und Technologien. Die Planung und die Ausführung wegweisender Glasarchitektur werden anhand von aktuellen herausragenden Projekten ausführlich erläutert. Die Bemessung und die Konstruktion tragender Glasbauteile und die Anwendung neuer Normen und Richtlinien werden praxisnah aufgezeigt. Außerdem wird die Optimierung zukunftsfähiger Gebäudehüllen in gleicher Tiefe behandelt wie die energetische Sanierung denkmalgeschützter Fassaden.

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Ekkehard Wagner
Glasschäden
Oberflächenbeschädigungen, Glasbrüche in Theorie und Praxis
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2020, 364 S., 390 Abb. u. 33 Tab., Softcover
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Beschädigungen der Oberfläche bis hin zu Glasbruch sind nicht immer einfach zu beurteilen. Ohne entsprechende Erfahrung ist eine eindeutige Ursachenzuordnung nicht immer möglich. Ziel dieses Buches, das weit über das bisher Veröffentlichte hinausgeht, ist es, diese Erfahrung weiterzugeben. Die fünfte Auflage enthält vier neue interessante Bruchbilder. Das Kapitel "Oberflächenbeschädigungen bei Glas" wurde um sechs Schadensfälle erweitert. Alle Kapitel wurden überarbeitet und komplettiert. Zusätzliches Thema ist die Materialverträglichkeit, ein nicht zu unterschätzender Punkt. Hierzu sind zwölf neue Schadensbilder aufgenommen worden. Zudem wird auszugsweise die Nutzungsdauer von allen mit Glas in Zusammenhang stehenden Bauteilen in einer Tabelle dargestellt. Das Werk dient insbesondere der exakten Bestimmung der Ursachen für Beschädigungen und Glasbrüche, deren korrekter Beurteilung und eindeutiger Zuordnung und der sicheren Anwendung der theoretischen Grundlagen in der Praxis. Das umfangreiche Bildmaterial ermöglicht nicht nur eine genaue Beurteilung der Schadensursachen, es dient auch einem besseren Verständnis der Eigenschaften, Eigenarten und Schadensbilder von Glas.

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Weka

 

 

Mit Glas ist untrennbar auch die Frage nach der Sicherheit verbunden. Die DIN 18008 gibt jetzt die neuen Regeln für Glas im Bauwesen vor. Folgendes gibt es zu beachten: - Glas als Absturzsicherung ist ein heikles Thema: Planer müssen ab sofort das Risiko bei zugänglichem Glas unterhalb der Brüstungshöhe beurteilen. Es gilt, das richtige Glas zu wählen. Doch welches Glas hat sicheres Bruchverhalten? - Handelt es sich um geregelte oder ungeregelte Konstruktionen? Die richtigen Materialien und Konstruktionen werden einfach und fachgerecht bestimmt. - Anleitungen für das Planen und Bauen: Fenster, Vordächer oder auch ganzen Fassaden aus Glas runden das Thema ab. - Projektbeispiele mit Fokus auf häufige Einbausituationen bilden interessante Umsetzungen ab. - Typische Schäden werden anhand zahlreicher Beispiele aus der Praxis aufgezeigt. - Über 140 Details zu allen Bauteilen entsprechen dem aktuellen Stand der Technik. Eine Auswahl ist im Werk maßstabsgerecht und in Farbe dargestellt.

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Andreas Achilles, Diane Navratil
Basics GLASBAU
Basics - Konstruktion
2., Aufl.
2019, 80 S., 80 b/w ill., 80 b/w ld. 22 cm, Softcover
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Der Glasbau ist eines der innovativsten und abwechslungsreichsten Gebiete der Baukonstruktion. Glas verbindet Außen- und Innenräume - gleichzeitig schützt es den Innenraum vor der Außenwelt. Die konstruktiven Möglichkeiten des Materials reichen weit über klassische Fensterkonstruktionen hinaus. So verfügen spezielle Gläser über erstaunliche physikalische Eigenschaften und lassen sich so vielfältig und kreativ einsetzen.

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Forschungsberichte

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Jens Schneider, Miriam Schuster, Geralt Siebert, Michael Kraus, Martin Botz, Alexander Pauli, Jasmin Weis
Quantifizierung der Resttragfähigkeit von Verbundglas
REST-VSG: Rechnerische und Experimentelle Studien zur Ermittlung der Resttragfähigkeit von VSG
Abschlussbericht.
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Die moderne Architektur ist seit Jahren bestrebt, transparente Gebäudehüllen zu realisieren. Die daraus resultierende hohe Nachfrage nach Konstruktionen aus Glas und Glasverbundwerkstoffen erfordert grundlegende Kenntnisse und Verständnis für die materialgerechte Auslegung und Dimensionierung aller beteiligten Baustoffe. Im Bauwesen wird aufgrund hoher Sicherheitsanforderungen hauptsächlich Verbundsicherheitsglas eingesetzt. Je nach nationalen Normen und Vorschriften ist die Verwendung von VSG bei absturzsichernden und begehbaren Verglasungen oder Überkopfverglasungen erforderlich. Aktuell bieten die vorhandenen DIN-Normen keine Möglichkeit, Verbundsicherheitsglas grundsätzlich bezüglich der Haftung und des Resttragverhaltens zu klassifizieren. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es daher Vorschläge für eine normative Regelung zu finden.

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Ansgar Rose, Norbert Sack, Klemens Nothacker, Andrea Gassman
Recycling von Flachglas im Bauwesen - Analyse des Ist-Zustandes und Ableitung von Handlungsempfehlungen
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Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3202
2020, 106 S., 13 Abb. u. 22 Tab., Softcover
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Ziel des Forschungsvorhabens war es, eine detaillierte Analyse des Ist-Zustandes hinsichtlich des Recyclings von Flachglas in Deutschland zu erstellen. Basierend auf den Ergebnissen sollten Handlungsvorschläge für ein closed-loop Recycling von Flachglas erarbeitet werden. Zunächst wurde ein qualitatives Stoffstrommodell für Floatglas erarbeitet. Es stellt die Stoffströme von der Erzeugung in der Floatglashütte über die Veredelung zu Halbzeugen, die Fertigung von Mehrscheiben-Isoliergläsern und die Anwendung in Fenstern und Fassaden bis zum Recycling zu neuem Floatglas oder anderen Verwendungen bzw. der Endlagerung auf einer Deponie dar. Dieses Modell zeigt die an dem Stoffstrom beteiligten Stakeholder, z. B. Floatglashütten, Fenster-/Fassadenbauer und Recyclingbetriebe. Über Umfragen bei den Stakeholdern wurden Daten zu den Stoffumsätzen in Deutschland im Jahr 2016 und Informationen zur jeweiligen Situation hinsichtlich des Recyclings von Flachglas gesammelt. Parallel dazu wurde versucht, die in Deutschland im Jahr 2016 in pre- und post-consumer Bereichen anfallenden Flachglasabfallmengen rechnerisch abzuschätzen. Des Weiteren wurde der aktuelle Sachstand der Recyclingtechnologie über Literaturstudien und Gespräche mit Experten aus der Industrie ermittelt.

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Manfred Torge
Untersuchung und modellhafte Sanierung schwer geschädigter mittelalterlicher Glasmalereien bedeutender sakraler Bauten in den durch Umweltschadstoffe extrem belasteten Städten Kujawiens Thorn/Torun und Leslau/Wloclawek (Polen). Abschlussbericht
Bauforschung - Denkmalpflege, Band D 1020
2018, 172 S., zahlr. Abb. u. Tab., Anhang teilw. in polnisch, Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die mittelalterlichen Glasmalereien der Johanniskirche in Thorn und der Kathedrale von Leslau sind Belastungen durch Industrieabgase und im Winterhalbjahr auch durch Emissionen aus Heizanlagen ausgesetzt. Im Rahmen des Projektes wurden Glasproben beider Bauwerke analysiert und ihre chemische Zusammensetzung bestimmt. Die Analysen tragen zur Bestandscharakterisierung bei. Restaurierungsmaterialien aus den 1950er Jahren und Beschichtungen auf den Gläsern aus Thorn, Leslau und auf Glasmalereien aus Kulm (Chelmno), die im Stadtmuseum Thorn aufbewahrt werden, wurden dokumentiert, Materialproben entnommen und analysiert.

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Walter Haase, Bürde Gültekin, Mohammed Metwally, Julian Rettig
TN-Technologie für den Einsatz in Architekturverglasungen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3047
2018, 112 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Steuerung des Licht- und Energieeintrags in Gebäude stehen sowohl mechanische Sonnenschutzsysteme wie auch schaltbare Verglasungen auf Basis smarter Materialien mit Wechseleigenschaften zur Verfügung. Die meisten kommerziell verfügbaren schaltbaren Verglasungssysteme erfüllen jedoch die Anforderungen in Bezug auf die Schaltgeschwindigkeit, die Farbneutralität oder die Temperaturunempfindlichkeit nicht optimal. Aus der Bildschirmtechnik sind Anzeigesysteme bekannt, die zur Regelung des Lichtdurchganges und damit zur Anzeige von Bildern und Schriften, die TN-Technologie nutzen. Sie weisen ein extrem schnelles Umschaltverhalten von transparent zu verdunkelt bei einer vernachlässigbar geringen Farbverfälschung beim Lichtdurchgang auf. Nachteilig bei der TN-Technologie ist die im Vergleich mit anderen schaltbaren Systemen deutlich geringere maximale Transmission. Das Forschungsprojekt untersuchte deshalb, ob sich TN-Verglasungen als Alternative zu bisher bekannten schaltbaren Systemen eignen.

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Thorsten Weimar, Sebastián Andrés López, Christoph Hahn
Entwicklung von Verbundtafeln aus innovativem Dünnglas und Polycarbonat. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3077
2018, 83 S., 42 Abb. u. 45 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ein Verbund von sprödem Dünnglas mit duktilem Polycarbonat führt zu neuartigen Verbundtafeln und bietet eine Alternative zu konventionellem Verbundsicherheitsglas. In einem ersten Schritt sind die Anforderungen und Anwendungsmöglichkeiten an eine Dünnglas-Polycarbonat-Verbundtafel beschrieben. Anschließend folgt auf technischer und wirtschaftlicher Grundlage eine Materialauswahl für die Einzelkomponenten. In einem zweiten Schritt werden physikalische, optische und mechanische Eigenschaften der Verbundtafel bestimmt. Daraus ergeben sich Aussagen zum Querschnittsaufbau für unterschiedliche Beanspruchungen. Die Ergebnisse zur Entwicklung von Verbundtafeln aus innovativem Dünnglas und Polycarbonat ermöglichen die Herstellung eines neuartigen Verbundwerkstoffes mit einem breiten Anwendungskatalog. Als Sicherheitssonderverglasungen sind die Laminate um bis zu 40 Prozent leichter und um bis zu 70 Prozent schlanker als konventionelle Glasverbunde.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Wüest, Thomas; Stöckli, Thomas; Luible, Andreas
SIA 2057 vs. DIN 18008. Glasbau in der Schweiz. Teil 1
Glaswelt, 2022

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Bei diesen Gläsern aufgepasst. PfB Rosenheim: Schmale Schallschutzverglasungen
Glaswelt, 2022

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Kothe, Christiane; Bodenko, Anna; Nicklisch, Felix; Louter, Christian
Thin glass in façades: Adhesive joints for thin glass composite panels with 3D printed polymer cores (kostenlos)
Civil engineering design, 2021

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Reick, Martin
Kleine Isoliergläser können nun nachgewiesen werden. DIN 18008 Novellierung
Glaswelt, 2021

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Pfanner, Daniel; Dämkes, Marc; Nowak, Susanne
Transparenter Wärmeschutz
Detail, 2021

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Highlights aus dem Programm 2022