Absturzsichernde monolithische Verglasungen und Mehrscheiben-Isolierverglasungen unter stoßartiger Beanspruchung: Rechnerischer Nachweis der Tragfähigkeit durch numerische Simulation des Pendelschlagversuchs

摘要

Crash-securing glaszing design must reliably withhold static loads e.g. hand rails loaded by crowds, and dynamic loads, e. g. impacting persons or objects. Due to the ideally elastic behavior up to the brittle failure of structural glass, the verification of the load carrying capacity has been regularly done by experimental studies. However, it seems that the believe in experimental results has more and more stopped engineers from looking into advanced finite element tools to simulate the dynamic response of glass designs. In doing so, one should also be aware of the fact, that a safety factor against glass failure can not be gained from a limited number - in most cases only a single test is done - of experimental investigations. This holds even more, since scatter in material strength and also in the experimental setup are often predominant. In contrast to the experimental result, that has to be obtained through thorough and complicated gauging of a 50ms impact test, the numerical investigation allows easy and comprehensive studying of all mechanical parameters that may influence the overall results. Also, simple design changes, that would otherwise rise the question if another test should be made, can easily be accomplished when a suitable numerical model is available. Finally, this will lead to safer and more economic glazing design. The present paper will focus on a sophisticated finite-element pendulum model that has been validated by pendulum tests against a rigid wall. Furthermore it is used to simulate the impact on monolithic and isolated glass structures. The results are compared to experimental test results.%Absturzsichernde Bauteile müssen quasistatische Lasten, wie z.B. Holmlasten aus Menschengedränge und dynamische Beanspruchungen infolge anprallender Personen oder Gegenstände zuverlässig abtragen können. Die Tragsicherheit von Verglasungen unter stoßartiger Einwirkung wird wegen des schlagartigen, spröden Versagens von Glas bisher meist durch Bauteilversuche nachgewiesen. Eine Alternative hierzu, die numerische Simulation des Stoßvorgangs und der damit verbundene rechnerische Tragfähigkeitsnachweis, scheitern an der mangelnden Akzeptanz durch die Bauaufsicht. Im Gegensatz zum Bauteilversuch, der als Ergebnis nur die Aussage bestanden oder nicht bestanden liefern kann, sind mit einer numerischen Untersuchung im Zeitbereich zusätzlich Einblicke in das Systemverhalten während des Stoßes möglich. Zudem ließe sich das tatsächlich vorhandene Sicherheitsniveau, d.h. der verbleibende Abstand zum Versagen berechnen. Im Interesse des Bauherrn und der Bauaufsicht könnten damit absturzsichernde Bauteile auch unter außergewöhnlichen Einbau- oder Anprallsituationen oder bei Umplanungen im Bestand zerstörungsfrei bewertet werden. Die für das Tragverhalten maßgebenden Einflussfaktoren wurden in Parameterstudien ermittelt. Bei rechnerischen Nachweisen können auch besondere Situationen z.B. eine mangelhafte Ausführung, mit berücksichtigt werden. Insgesamt wird damit eine umfassende Beurteilung und infolge dessen eine sichere und wirtschaftliche Konstruktion von absturzsichernden Verglasungen möglich.