No abstract

For the design of glass structures the connection method is of great importance since the relevant stresses of point-fixed glass occur in the ultimate vicinity of the holes. If no further constructive means are provided, these stress peaks cannot be dissipated with subsequent glass breakage. This phenomenon also applies for in plane glass connections with bolts in bearing, where bolt forces act on the glass through ductile interlayers (mortar) that are placed between the glass and the steel bolt. However, until today, there are no construction standards for connections with only one bolt as well as for connections with several bolts under combined sectional forces and moments. Furthermore, imperfections, tolerances, brittle behaviour and scattering of the material properties have to be considered. This thesis addresses developing an engineering model for lapped glass joints with bolts in bearing and the derivation of rules for the design. Bild 1.1: Fassaden-und Brüstungsverglasung des Tribunal de Grande Instance Bordeaux (F) (links), Fassaden-und Dachverglasung Glashof Jüdisches Museum Berlin (rechts) Einer der maßgebenden Gründe für die im Vergleich zur regen architektonischen Nachfrage eher zögerlichen Entwicklung einheitlicher Bemessungsnormen für tragende Glasbauteile liegt im Trag-und Bruchverhalten des Werkstoffs. Glas ist perfekt elastisch, das Festigkeitsversagen, d.h. Bruch, erfolgt schlagartig ohne Vorankündigung (initiiert an Mikrorissen an der Oberfläche) und ist durch eine unkontrollierte, netzartige Rissausbreitung über die gesamte Glasscheibe gekennzeichnet, was zu einem Versagen des gesamten Bauteils führt.

Im Rahmen der Expo 2017 in Kasachstan wird im Mittelpunkt des Expo Geländes der Kasachstan – Pavillon, die “Sphäre“, errichtet. Dabei handelt es sich um eine Glas‐Stahl‐Konstruktion in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von rund 80 m. Aufgrund der Kugelform liegen hier sphärisch gebogene, trapezoidale Isolierverglasungen vor. Um dem architektonischen Anspruch Folge zu leisten, werden die Gläser als Structural‐Glazing‐Verglasung mit Togglen im Randverbund ausgeführt. Die Herausforderung der Glasbemessung bestand darin, ein geeignetes Bemessungskonzept zu finden, welches zum einen diese komplexen Randbedingungen hinreichend genau und vollständig berücksichtigt und zum anderen zu einer wirtschaftlichen und konstruktiv umsetzbaren Lösung führt. Calculation of spheric bended insulated glazing units for the Kazakhstan – pavilion, Expo 2017. For the Expo 2017 in Kazakhstan, the pavilion of the country Kazakhstan, named “The Sphere” is built in the middle of the Expo ‐ area. The pavilion is a steel – glass construction in shape of a sphere with a diameter of 80 m. Due to the shape of the sphere the insulated glazing units (IGU) are executed as spherical bended, trapezoidal glasses. In order to satisfy the architectural requirements, the IGU is executed as a structural glazing façade with mechanical fasteners (toggles) in the outer edge sealing. The challenge of the glass dimensioning was, to define a suitable design concept, which, on one hand, considers the complex boundary conditions in a sufficient way and, on the other hand, leads to an economic and structurally realizable solution.

Bei Entwurf und Bemessung von tragenden Ganzglaskonstruktionen spielt die Verbindungstechnik eine entscheidende Rolle. Denn dort, wo Glasscheiben zum Beispiel punktförmig gehalten werden, entstehen im Bereich der Bohrungen Spannungsspitzen, die, sofern keine weiteren konstruktiven Maßnahmen ergriffen werden, aufgrund des spröden Werkstoffverhaltens nicht abgebaut oder umgelagert werden und somit plötzlichen Bruch verursachen können. Dies gilt auch für Scher‐Lochleibungsverbindungen von in Scheibenebene belasteten Anschlusskonstruktionen, bei denen deswegen die Bolzenlasten nur über eine duktile, lastverteilende Zwischenschicht auf die Bohrungswandung des Glases wirken dürfen. Im folgenden Beitrag wird eine einfache Bemessungsgleichung für SL‐belastete Anschlüsse im Glasbau vorgestellt, die auf einem analytischen Ansatz basiert, bei dem lokale Beanspruchungen infolge Lochleibungsdrucks mit Beanspruchungen im Nettoquerschnitt überlagert werden, und bei dem für beide Anteile eine Lösung für die Airysche Spannungsfunktion gefunden wird. Damit können nun ohne Anwendung von Finite‐Elemente‐Berechnungen die maßgebenden Spannungen des Glasbauteils in Abhängigkeit der an der Einzelbohrung angreifenden Bemessungsbolzenlast, des Bohrungsdurchmessers und der Scheibendicke ermittelt werden. Dabei wurde der Bemessungsansatz mit Hilfe von Versuchen und numerischen Untersuchungen überprüft. Einzeleinflüsse, die sich einerseits aus Montage‐ und Herstelltoleranzen sowie andererseits aus Entwurfsparametern ergeben, wurden erstmals systematisch mithilfe von FEM‐Berechnungen untersucht und konnten zahlenmäßig so erfasst werden, dass sie in Form von Beiwerten in die vorgeschlagene Bemessungsformel einfließen können. A design concept for bolt connections in structural applications. For the design of load carrying glazing structures the connection technique plays a very important role, as e.g. there are significant stress concentrations in the vicinity of holes that are subject to a point‐like support of glass panes. If no further constructional means are provided, the stress peaks cannot be redistributed and thus a sudden brittle failure is likely to occur. In particular this concerns bolts in bearings of drilled glass holes as long as no ductile stress distributing interlayers in the clearance between hole bearing and bolt shank is provided. In the article, a simple design formula for glass joints with bolts in bearings is suggested that is based on an analytical approach where the local stress distributions coming on the one hand from the bearing pressure and on the other hand from the net section stress concentrations are superposed, and both for which the solutions according to Airy's differential equation are found respective used further on. By this the relevant stresses in dependence on the acting design force, the hole diameter and the pane thickness can be determined without performing complex and time consuming Finite Element calculations. However the analytical formulae have been verified by experiments and numerica...

Monitoring installation process and utilisation of glass and hybrid components in structural glass has become increasingly important. However, to date, there are no generally accepted standard procedures to evaluate the in‐situ stress condition of a built‐in glass. With the aid of photoelasticity a qualitative statement of the stress state in the glass can be made. For this reason, a measurement method and a functional model for a mobile device are being developed with which it is possible to measure in‐situ and identify stress peaks, for example, due to incorrect assembly of a glass fitting. By supporting finite element method (FEM) simulations it is possible to transfer the qualitative results of photoelastic measurements into quantitative results.