Tragverhalten von ETFE-Folien unter biaxialer Beanspruchung
Imposante Großprojekte wie zum Beispiel die 2005 errichteten Stadien der „Allianz Arena“ in München, der „AWD-Arena“ in Hannover oder das Schwimm- und Olympiastadion für die Olympiade 2008 in Peking weisen als Gebäudehülle eine transparente Folie aus dem Fluorpolymerwerkstoff ETFE (Ethylen-Tetra-Fluor-Ethylen) auf.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung des Tragverhalten von ETFE-Folienkonstruktionen unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens.
Dissertation
Lehrstuhl für Tragwerksplanung
Dr.-Ing. Lars Schiemann
abgeschlossen 07/2009
Die Dissertation befasst sich mit dem Werkstoff- und Tragverhalten von ETFE-Folien unter biaxialen Beanspruchungszuständen. Erstmalig werden hierfür Berstversuche an kreisförmigen, transparenten ETFE-Folienproben durchgeführt und der Einfluß unterschiedlicher Dehngeschwindigkeiten und Vorbeanspruchungen auf das Verhalten der Folien bei großen Dehnungen analysiert. Die Erkenntnisse aus den Versuchen finden Anwendung in der Untersuchung des Tragverhaltens pneumatischer Folienkonstruktionen sowie im Entwurf eines Bemessungskonzeptes.Die Versuche erfolgen an einem eigens konzipierten Berstversuchsstand mit einem speziell für transparente ETFE-Folien entwickelten 3-dimensionalen photogrammetrischen Mess- und Analysesystems. Das entwickelte System ermöglicht eine Auswertung der Versuche bis zum Beginn großer plastischer Verformungen und erweitert damit den augenblicklichen Prüf- und Messbereich transparenter ETFE-Folien unter mehrachsigen Beanspruchungen. Durch vergleichende Berechnungen mit der Finiten Elemente Methode werden die Berstversuche numerisch simuliert und das Werkstoffverhalten der Folien durch elastisch-plastische Materialmodelle mit multilinearen Spannungs-Dehnungs-Linien modelliert. Im Zuge einer Parameterstudie wird der Einfluß geometrischer und materieller Parameter (Folienstich, Grundrissgeometrie, Spannweite und Foliensteifigkeit) auf das Tragverhalten von ETFE-Folienpneus untersucht. Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit im Bezug auf Werkstoff- und Tragverhalten sowie Werkstoffprüfung von transparenten ETFE-Folien liefern wichtige Erkenntnisse zur Berechnung von ETFE-Folienkonstruktionen. Sie stellen damit einen wesentlichen Beitrag zur Formulierung eines allgemein gültigen Bemessungskonzeptes für ETFE-Folien dar.
