Zusammenfassung Die Klebtechnologie bietet innovatives Potenzial für den Stahlbau hinsichtlich Produktivität, Ressourceneffizienz, materialgerechtes Konstruieren und architektonischer Gestaltungsmöglichkeiten. Auf Grundlage einer Pilotanwendung, des geklebten Fassadenanschlusses, werden die Einflüsse auf das Tragverhalten bei zyklischer Beanspruchung untersucht. Aufgrund der Viskoelastizität von Klebschichten wird ein grundlegend unterschiedliches Verhalten im Vergleich zu Stahlbauteilen erwartet. Zur Bestimmung der Einflüsse werden Versuche an zyklisch belasteten Standardprüfkörpern durchgeführt, wobei Einflüsse aus Mittelspannung, Temperatur und Prüffrequenz studiert werden. Im Allgemeinen kann eine Abnahme der Dauerfestigkeit geklebter Stahlbauteile bei Zunahme der Mittelspannung beobachtet werden. Ebenso zeichnet sich der negative Einfluss erhöhter Temperaturen auf das Tragverhalten der geklebten Prüfkörper ab, wobei die Sensitivität vom verwendeten Klebstoff abhängig ist. Für den geklebten Fassadenanschluss werden Wöhlerlinien mit Hilfe von bauteilähnlichen Prüfkörpern abgeleitet.

Zusammenfassung Ein geklebter Fassadenanschluss wird vornehmlich durch Temperatur- und Windeinwirkungen beansprucht, sodass im Grenzzustand der Dauerhaftigkeit nicht von einem quasistatischen Lastfall ausgegangen werden kann. Der natürliche Verlauf der Außenlufttemperatur und des Windes führen folgerichtig zu einer zyklischen Belastungssituation der Gebäudehülle. Während die Effekte aus zyklischen Windeinwirkungen für Stahlbauteile vernachlässigbar sind, können sie für das Tragverhalten von Klebschichten, aufgrund der Viskoelastizität, einen wesentlichen Einfluss haben. Aus diesem Grund werden realistische Beanspruchungsszenarien für geklebte Trapezprofilanschlüsse auf Basis gemessener Wind- und Temperaturdaten in Form von Beanspruchungs-Zeit-Funktionen abgeleitet. Ziel ist die Entwicklung einer Methodik zur Betriebsfestigkeitsprüfung von Stahlklebverbindungen. Zur Gewährleistung der Anwendbarkeit des zu entwickelnden Verfahrens wird eine effektive Versuchszeitverkürzung durch das Zeit-Temperatur-Superpositions-Prinzip sowie Methoden zur Vereinfachung der Beanspruchungs-Zeit-Funktionen erzielt. Im Anschluss werden vier Lastnachfahrversuche durchgeführt, die lediglich zu einer Teilschädigung der Klebschicht führen. Die quasistatische Resttragfähigkeit beträgt circa 70 % der Zugfestigkeit, welche an ungeschädigten Prüfkörpern bestimmt werden kann.

Für die Bemessung lastabtragender Klebverbindungen im Fassadenbereich ist zu beachten, dass die Windbelastungen auf den Bauwerksoberflächen sowohl zeitlich als auch räumlich veränderlich sind. Während für übliche Fassadenanschlüsse eine Bemessung mit charakteristischen Extremwerten ausreichend ist, muss beim Einsatz von sowohl höhermoduligen (z. B. Acrylat) als auch niedrigmoduligen (z. B. Polyurethan) Klebstoffen, die beide ein zeit- und temperaturabhängiges Materialverhalten aufweisen, eine vollständige Beschreibung dieser zeitbezogenen Lasteinwirkungen erfolgen. Nur dadurch wird letztlich die erforderliche betriebsfeste Auslegung eines geklebten Fassadenanschlusses ermöglicht. Im vorliegenden Beitrag wird die Ermittlung von zeitbezogenen Lasteinwirkungen und die Berechnung der daraus resultierenden Beanspruchungs-Zeit-Funktionen infolge von natürlichen Windeinwirkungen auf Basis von Windkanalversuchen und Windstatistik thematisiert. Anhand geeigneter Zählverfahren und unter Berücksichtigung von klebstoffspezifischen Materialeigenschaften wird exemplarisch aufgezeigt, inwiefern unterschiedliche Fassadenpositionen und Windeigenschaften für die Auslegung von geklebten Fassadenanschlüssen von Bedeutung sind.

Abstract:Adhesive bonding technology is often the preferred solution for the joining of polymers. In many cases a wet chemical pretreatment has to be used to achieve sufficient adhesion strength and durability of the adhesive joint. Since several years, plasma treatment has been a proven method to attain these goals. However, conventional treatments in oxidizing gases such as air are often not satisfying. In this work, the PP (polymers polypropylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PA6 (polyamide 6), POM (polyoxymethylene) and PC (polycarbonate) were pretreated by means of a plasma jet running at atmospheric pressure in a virtually oxygen-free atmosphere. The goal was the grafting of reactive nitrogen-containing functional groups on the plastic surfaces in order to increase the adhesive strength.

Bonding technology can be seen as an alternative to classical bonding methods in steel construction, because fundamental problems such as residual stresses can be prevented. Yet, doubts remain concerning this innovative bonding technology, due to a lack of knowledge regarding the durability. This is the focus of an ongoing experimental study, which addresses the prediction of the service life of adhesive bonded façade connections, concentrating on the connection of a trapezoidal façade profile. This innovative connection provides mechanical and aesthetic benefits. But in comparison to classical steel bonding, the performance of adhesive bonds must be regarded as time and environment dependent. Because the studied façade connection is mainly stressed by temperature and wind loads, the first aim is to derive a representative experimental process based on actual measured environmental data. Cyclic small sized and model component experiments allow a comprehensive consideration of the effects mentioned. Three different adhesive systems are examined, which are well suited for cyclic loading. The results of the experiments form the foundation for developing design rules for adhesive steel bonds in façade construction. Particular focus lies on the low cycle fatigue domain, which has not been examined for adhesive bonds before. By means of the described method, the aim is to enhance the integration of adhesive bonding in steel construction, strengthen the confidence of engineers regarding the novel adhesive technology and further increase the innovation ability of construction engineering.