Aufsatz: The role of models in the early development of Zeiss-Dywidag shells – Fraunhofer IRB

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The role of models in the early development of Zeiss-Dywidag shells

Autor: May, Roland
Quelle: Physical models. Their historical and current use in civil and building engineering design; Construction history series
Seiten: 269-298
2021

Sprache: Englisch

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Schalentragwerke besitzen unter baukulturellen, tragkonstruktiven und ästhetischen Gesichtspunkten hohe Potentiale für das Bauwesen. Obwohl sie zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Konstruktionen aufweisen, kommen sie in der heutigen Architektur aufgrund hoher Kosten nur noch selten zur Anwendung. Die Relevanz des Forschungsthemas wird deutlich an dem geringen Anteil von Schalentragwerken an der Anzahl neuer Bauprojekte. Dies ist auf den hohen Ressourceneinsatz an Personal, Schalung und Unterkonstruktionen, wie z. B. Lehrgerüsten zurückzuführen. Um dieser Problematik entgegenzuwirken gilt es, den Anteil an Personal und Schalung zu reduzieren, Lehrgerüste zu vereinfachen und den Planungs-, Produktions- und Bauprozess zu vereinfachen. Unser Forschungsansatz sieht eine Methodik zur wirtschaftlichen Herstellung von mehrfach gekrümmten Ziegelschalen durch einfache, planare Bauteile vor. Ziel ist es, komplexe Bauwerke wie Schalentragwerke durch einen erhöhten Vorfertigungsgrad konkurrenzfähiger zu machen und damit die Diversität des Spektrums an Bauwerken dieser Art wieder zur erhöhen. Durch die Verlagerung eines Großteils der Arbeiten von der Baustelle in die Vorfertigung lässt sich diesem Problem entgegenwirken.

Bewertung von strukturellen und mathematischen Störstellen bei der numerischen Simulation von Kunststoffbauteilen. Abschlussbericht

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Bewertung von strukturellen und mathematischen Störstellen bei der numerischen Simulation von Kunststoffbauteilen. Abschlussbericht
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Beim Nachweis der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit von Baukonstruktionen aus Kunststoffen werden immer häufiger auch computergestützte Berechnungen z.B. mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) eingesetzt. Die FEM ist ein numerisches Verfahren, welches die Modellierung und Berechnung von Strukturen und Bauteilen zulässt, die nicht oder nur unzureichend durch analytische Berechnungsmodelle beschrieben werden können. Im Bereich der Kunststoffkonstruktionen liegt dies zum einen an den materialspezifischen Besonderheiten (z.B. viskoelastisches Verhalten) und zum anderen an der kennzeichnenden Fertigung (z.B. Rotations-formverfahren), die eine Vielfalt von Bauformen zulässt. Bei der numerischen Berechnung von Schalentragwerken aus Kunststoff treten an so genannten Störstellen, wie z.B. Singularitäten, Öffnungen, Einzelauflagerungen oder Stutzen, örtlich begrenzt stark erhöhte Werte in den bemessungsmaßgebenden Spannungen auf, die bewertet werden müssen. Dieser Anstieg in den Spannungen liegt an der gewählten Berechnungsmethodik und tritt in der Realität nicht auf. Das "Phänomen" der unrealistischen Spannungsspitzen bei FEM-Berechnungen an Störstellen ist bei Berechnungsingenieuren hinlänglich bekannt, jedoch mangelt es zurzeit an einer einheitlichen, technischen Regel zur Bewertung dieser markanten Regionen für Kunststoffbauteile. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wurden die zu untersuchenden Störstellen in vier übergeordneten Gruppen klassifiziert. Zu jeder Gruppe lieferten erfahrene Berechnungsingenieure häufig in der Baupraxis vorkommende Beispiele, für die mit unterschiedlichen kommerziellen Berechnungsprogrammen Validierungsrechnungen durchgeführt wurden. Dieses Vorgehen gewährleistete die Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse und spiegelte den großen Anteil der in der Praxis verwendeten Simulationstechniken wider. Die Berechnungsergebnisse wurden auf Plausibilität geprüft und untereinander verglichen. Dabei sind ausreichend repräsentative Berechnungsbeispiele und Ergebnisse zus

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Traglastuntersuchungen an Kugelbehältern mit Stutzen und Formabweichungen unter Innendruck und Stutzenlängskraft
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Das Tragverhalten von Kugelschalen, die an einzelnen Stellen Abweichungen von der perfekten Geometrie aufweisen, wird unter Berücksichtigung geometrischer und materieller Nichtlinearität behandelt. Die wichtigsten Störzonen: Querschnittsänderung, eng beieinanderliegende Löcher und Stutzenverstärkung werden für Innendruckbelastung detailliert unterstucht. Für die Stutzenverstärkung wird aus numerischen Parameterstudien eine einfache Beziehung zwischen Geometrie und Traglast abgeleitet. Weiterhin wird die Stabilität der Kugelstutzenzone unter ins Kugelinnere gerichteten Längskräften untersucht. Neben numerischen Berechnungen mit der Methode der finiten Elemente werden Näherungslösungen aus der Literatur angewandt und bewertet. (-z-)

Huba Oery, Norbert Ferlic, H.G. Reimerdes
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In der Forschungsarbeit wurde die Spannungsverteilung in durch grosse Oeffnungen gestoerten, duennwandigen Zylinderschalen mit Hilfe der Schalentheorie untersucht. Zur Berechnung dieser Spannungsverteilung wurde ein Verfahren auf der Basis der Halbbiegetheorie der Zylinderschale entwickelt, das mit Uebertragungsmatrizen arbeitet. Diese Methode ist hier einfacher als die FE-Methode; das Programm kann fuer Tischrechner programmiert werden. Es koennen Ring- und Laengsversteifungen beruecksichtigt werden. Durch eine Parametervariation wurden alle Einfluesse auf die Spannungsverteilung, wie Radius zu Wandstaerke, Oeffnungswinkel und -laenge, Lastverteilung und Versteifungsart, ermittelt. Aus den Ergebnissen wurde ein einfacher Bemessungsvorschlag (Diagramme und Tabellen) fuer Stahlschornsteine mit grossen Oeffnungen unter Beruecksichtigung der DAST 013 fuer verschiedene Versteifungsvarianten entwickelt. Zur Ueberpruefung des mathematischen Modells wurde ein Modellversuch an einer Zylinderschale mit grossen Oeffnungen durchgefuehrt. Die Spannungsverteilung wurde durch Dehnungsmessstreifen erfasst und mit der Theorie verglichen. Zur Erfassung des Verhaltens der unterschiedlichen Versteifungen (Stringer, Spante) wurden an sechs stahlbaumaessig erstellten Zylinderschalen stichprobenartig Traglastversuche durchgefuehrt und die Ergebnisse mit nach DAST 013 errechneten plastischen Beullasten verglichen. (car)

G. Nonhoff
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Wieckhorst, Thomas
Segeldach saniert und neu abgedichtet. Sonnensegel saniert - Instandsetzung und Dachabdichtung für Segeldachkonstruktion im Dortmunder Westfalenpark
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