Stabilisierung von Z‐Kantprofilen unter abhebenden Lasten

Abstract

Sandwichelemente sind in der Lage, ihre Unterkonstruktion gegen Versagen infolge Stabilitätsverlusts zu stützen. Besonders für die im Metallleichtbau eingesetzten dünnwandigen Z‐Kantprofile als Dachpfette lassen sich praxisübliche Spannweiten häufig nur durch Berücksichtigung genannter Stabilisierung realisieren. Die Stabilisierung kann in der Mechanik als eine Kombination aus Schubfeld und Drehbettung beschrieben werden. Für die Lastkombination aus Eigengewicht und Windsog liegt jedoch i. d. R. das Schubfeld am unter Zugspannungen stehenden Gurt an, womit dem System lediglich marginale Stabilisierungseffekte zugeführt werden können. Zudem darf gem. deutschem NA zu DIN EN 1993‐1‐3 (NCI zu 10.1.5.2(2)) für zuvor genannte Lastkombination keine Stabilisierung infolge einer Drehbettung in Ansatz gebracht werden. Jüngste Untersuchungen zeigten zum einen, dass die in der Literatur angegebene Reduzierung der Drehbettung unter abhebenden Lasten zutrifft, bieten zum anderen jedoch abweichend von den in Fachkreisen kursierenden Ingenieurannahmen zwischen 100 % und 50 % Reduktion eine konkrete Quantifizierungsmöglichkeit. Somit wird eine qualifizierte Einschätzung der ansetzbaren Drehbettung unter abhebenden Lasten, begründet auf Bauteilversuchen sowie Berechnungen mithilfe der Methode der finiten Elemente, anhand eines mechanischen Modells ermöglicht. Die wissenschaftlichen Hintergründe hierzu sowie das mechanische Modell sind im nachfolgenden Aufsatz beschrieben.

Proposal for the approach of torsional restraint by sandwich panels under uplifting loads

“…Tests in [4] suggest that the second effect has less influence on the torsional restraint than the gap initiation between the sandwich panel and the substructure. However, the initiation of the gap can also be accelerated by the indentation of the screw head into the core.…”

“…The current draft standard (prEN 14509-4) for the test method of the torsional restraint of sandwich panels provides for continuous load application at the free flange of the profile. The tests carried out in [4] were based on the 2017 draft in this regard, as described earlier. In order to allow free warping at the purlin ends, the torsion at the beam ends was introduced only via the web of the profile, see also [6].…”

“…The assumption of rigid restraint of the flange is corrected by an empirical factor 𝜔. Influences from the core properties are taken into account with a factor 𝜉, as already explained. The derivation of the calculation formulas is given in [4]. The result is given here by equations ( 2) to (8), which successively applied provide the connection stiffness.…”

“…This was previously verified using FE calculations. For further information, please refer to [4] and [8].…”

“…The derivation of the calculation formulas is given in [4]. The result is given here by equations ( 2) to (8), which successively applied provide the connection stiffness. The torsional restraint can then be calculated using equation (1).…”