Till Vallée

7 Thesen zum Kleben am Bau

2Einleitung

Industrie interessiert

Tragfähiger

Steifer

Verbindung verschiedener Werkstoffe

Allerdings noch viele Fragen

Langzeitverhalten

Dauerhaftigkeit

Berechenbarkeit

3Einleitung

Es herrscht Einigkeit darüber dass die Klebtechnik

Dem Bauwesen neue Möglichkeiten öffnet

Verschiedene Werkstoffe materialgerecht verbunden werden können

Eine sinnvolle und rationelle Verbindungstechnik im Bau ist

Allerdings hat es das Kleben im Bau (noch) sehr schwer

Es wird vom kaum einer Norm beschrieben

Ist keinem Werkstoff zugewiesen

In Teilgebieten liegen noch Missverständnisse vor

4Thema

Das Kleben als Fügeverfahren ist nicht aus dem traditionellen Bauingenieurwesen entstanden

Wissen und die Erfahrungen sind im Wesentlichen von Chemikern generiert worden

Aus dieser Dichotomie heraus ist im Laufe der Jahrzehnte eine Reihe von Missverständnissen entstanden

Basierend auf Erfahrungen im Bereich Kleben am Bau werden 7 Themen diskutiert, die immer widerkehrende Fragestellungen aufgreifen

Auswahl persönlicher Erfahrungen

Kein Anspruch auf Vollständigkeit oder Pertinenz

51. Raus aus der Substitutionsphase

Neue Werkstoffe und Techniken werden zuerst in alten konstruktiven Typologien „missbraucht“

Es fehlt die Erfahrung mit dem Werkstoff oder der Technik

Allein die Leistung „verbessert“ die Situation

Der Werkstoff oder die Technik wird suboptimal eingesetzt

Jeder Werkstoff hat diese Material-substitutionsphase durchlaufen!

Gusseisen, Stahl, Beton, GFK…

61. Raus aus der Substitutionsphase

Im Bauwesen steckt das Kleben noch mitten in der Substitutions-phase

„Ersatz“ für mechanische Verbindungen gedacht

Auch wenn eine „bessere“ Leistung erzielt wird, bleiben Klebverbindungen unterhalb ihres Potentials

Geklebte Tragwerke haben ihre spezifische strukturelle Logik

Geklebte Tragwerke müssen die Stärken der Anschlüsse ausnutzen

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45-1

758.

71. Raus aus der Substitutionsphase

82. Beim Entwurf an die Fertigung denken

Klebverbindungen bedürfen einer besonderen Sorgfalt

Gewährleistung von sauberen und zugänglichen Oberflächen

Klebstoff (meistens) flüssig aufgetragen

zur Erreichung der Handfestigkeit gehalten werden

härtet relativ langsam und unter kontrollierten Bedingungen aus etc.

92. Beim Entwurf an die Fertigung denken

Eine durchdachte konstruktive Auslegung nimmt Probleme bei der Fertigung vorweg

Werden diese nicht von Anfang an mit in den Entwurf einbezogen, kann dies viele Vorteile wieder zunichte machen

102. Beim Entwurf an die Fertigung denken

Konstruktive Maßnahmen

Klebefugen beim Entwurf möglichst zugänglich machen

Dabei an Dauerhaftigkeit denken

Klebstoffauftrag bedenken

Inklusive von Methoden zur einfachen Qualitätssicherung

112. Beim Entwurf an die Fertigung denken

123. Geklebte Anschlüsse sind berechenbar

Skepsis gegenüber Bemessungsverfahren

Die größte Hürde in den Köpfen der Praktiker, weil entsprechende Berechnungsverfahren nicht „werkstoffgebunden“ sind

Schrauben → Stahlbaunorm

Dübel → Holzbaunorm

Kleben → keine Norm zuständig?

Dabei: eine ganze Reihe von Verfahren zur Auslegung geklebter Verbindungen

133. Geklebte Anschlüsse sind berechenbar

Zahlreiche Beispiele belegen dass die Tragfähigkeit geklebter Anschlüsse im Bau berechenbar ist

GFK-GFK, GFK-Metall, Metall-Holz, Holz-Beton, etc.

Bemessung von Anschlüssen

Bemessung ganzer Strukturen

Bemessung möglich auf Grundlage objektiver Materialkennwerte

Inklusive der Streuung

EuroCode kompatibel

Joint type FEXP (kN) FFEA (kN)

DLJ-A 135.7 123.6

DLJ-B 61.6 63.5

DLJ-C 142.3 130.3

TLJ-A 83.3 87.5

TLJ-B 44.6 42.7

TLJ-C 86.4 91.2

8.9%

-3.1%8.4%-5.0%4.3%-5.6%

VALLÉE, T., TANNERT, T., MEENA, R., HEHL, S.; DIMENSIONING METHOD FOR BOLTED, ADHESIVELY BONDED, AND HYBRID JOINTS INVOLVING FIBRE-REINFORCED-POLYMERS; (2013) COMPOSITES PART B: ENGINEERING, 46, PP. 179-187.

143. Geklebte Anschlüsse sind berechenbar

Auch unter Temperatur

Auch hinsichtlich Defekte

JP FIRMO, D PITTA, JR CORREIA, M ARRUDA, T VALLÉE, H CRUZ; EFFECT OF ELEVATED TEMPERATURE ON THE BOND BEHAVIOR OF CFRP-CONCRETE INTERFACES; INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADHESIVE BONDING 2013, JULY 4-5 2013, PORTO, PORTUGAL.

S FECHT, T VALLÉE, C GRUNWALD, T. TANNERT; ADHESIVELY BONDED HARDWOOD JOINTS UNDER NORMAL AND ELEVATED TEMPERATURES; INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADHESIVE BONDING 2013, JULY 4-5 2013, PORTO, PORTUGAL.

…

TILL VALLÉE, SIMON FECHT, HOLGER FRICKE, THOMAS TANNERT ; ADHESIVELY BONDED TIMBER JOINTS — TO WHICH EXTENT DO DEFECTS MATTER? ; WCTE2014.

TANNERT T, MÜLLER A AND VALLÉE T (2011) ASSESSMENT OF GLULAM STRUCTURES USING SHEAR CORE SAMPLES. INTERNATIONAL CONFERENCE ON STRUCTURAL HEALTH ASSESSMENT OF TIMBER STRUCTURES, JUNE 16-17, LISBON, PORTUGAL.

…

154. Es ist eine Frage des Maßstabes

Der Zugscherversuch hat sich als Metrik zur Qualifizierung von Klebstoffen und Klebverbindungen etabliert

Insbesondere die „Zugscherfestigkeit“ ist nicht ohne weiteres auf andere Situationen übertragbar

164. Es ist eine Frage des Maßstabes

Zum einem ist der Spannungszustand im Anschluss sehr stark von der Geometrie, vom System, von den Werkstoffen etc. abhängig…

174. Es ist eine Frage des Maßstabes

…und zum anderen besteht kein „direkter“ Zusammenhang zwischen Spannungen, Widerständen und Tragfähigkeit

184. Es ist eine Frage des Maßstabes

194. Es ist eine Frage des Maßstabes

Mehr zu dieser Thematik

204. Es ist eine Frage des Maßstabes

BucheEpoxy, 1mmL=160mm

Kriechen

Kriechen Klebstoff ≠ Kriechen Anschluss

Kann rechnerisch erfasst werden

Kriechen im Bau kein Problem

1s1d

1m

1y

ThermoanalytikEpoxy

215. Kleben ermöglicht hybride Tragwerke

Ein Wesentlicher Vorteil des Klebens als Fügeverfahren besteht darin verschiedenste Werkstoffe miteinander zu verbinden

Dies sollte viel Konsequenter bei der Auslegung von Trag- und Bauwerken bedacht werden, weil

Kleben in diesem Kontext fast immer das einzige Mittel ist Werkstoffe optimal auszunutzen

225. Kleben ermöglicht hybride Tragwerke

Höhere Steifigkeit und Tragfähigkeit

Holz-Beton-Verbunddecken

Stahl-GFK Brückensysteme

GFK-Ultraleichtbeton-Decken

Holz-Glas

Aber auch

Hybride Querschnitte aus „ähnlichen Werkstoffen“

Hybride Anschlüsse, z.B. Kleben und Schrauben

235. Kleben ermöglicht hybride Tragwerke

Alle Lasten sind berechenbar, auch Temperatur, auch Kriechen…

Spannungen und Dehnungen aus Temperatur, Kriechen, Feuchtigkeit etc. sind auch nur… Spannungen und Dehnungen, sie sind nicht destruktiver

Verschiedenen Temperaturausdehnungen heißt nicht zwangläufig dass es ein weicher Klebstoff sein muss

Nicht immer reflexartig reagieren: Glas muss nicht immer mit Silikon verklebt werden

246. Kleben ermöglicht Multifunktionalität

T VALLÉE, S FECHT, T TANNERT, JR CORREIA; TOWARDS ADHESIVELY BONDED MULTIFUNCTIONAL STRUCTURES IN CIVIL ENGINEERING; INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADHESIVE BONDING 2013, JULY 4-5 2013, PORTO, PORTUGAL.

TILL VALLÉE, CORDULA GRUNWALD, TOWARDS HYBRID AND MULTIFUNCTIONAL BONDED STRUCTURES FOR CIVIL ENGINEERING, 5. INNOVATION DAY CIVIL ENGINEERING, 27.-28. SEPTEMBER 2012, CFK-VALLEY STADE, GERMANY.

KELLER, T., SCHAUMANN, E., VALLÉE, T.; FLEXURAL BEHAVIOR OF A HYBRID FRP AND LIGHTWEIGHT CONCRETE SANDWICH BRIDGE DECK; (2007) COMPOSITES PART A: APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING, 38 (3), PP. 879-889.

E. SCHAUMANN, T. VALLÉE AND T. KELLER, DIRECT LOAD TRANSFER IN HYBRID FRP-CONCRETE SANDWICH STRUCTURE FOR BRIDGE DECKS, PROCEEDINGS OF THE CICE2008, ZURICH/SWITZERLAND, 2008.

Nicht nur statische Synergien nutzen

architektonische und funktionale Redundanzen vermeiden,

Kleben somit nicht „nur als Ersatz“ für mechanische Verbindungen sehen

Klebstoffe sind hier prädestiniert

Fügen einer Vielzahl von Werkstoffen

Klebstoff viele Funktionen (kann): fügen, dichten, Elektrizität leiten etc.

256. Kleben ermöglicht Multifunktionalität

KELLER, T., SCHAUMANN, E., VALLÉE, T.; FLEXURAL BEHAVIOR OF A HYBRID FRP AND LIGHTWEIGHT CONCRETE SANDWICH BRIDGE DECK; (2007) COMPOSITES PART A: APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING, 38 (3), PP. 879-889.

KLEBEN

267. Tg ist nicht das Ende

Wesentliche Vorbehalte beruhen auf dem Verhalten von Klebstoffen bei erhöhten Temperaturen.

Klebstoffe werden in Bezug auf Temperatur über die DMA charakterisiert

Es wird oft fälschlicherweise daraus geschlossen dass dies auch für die Festigkeit gilt

Verschiedene Studien dass die Tragfähigkeit bei weitem nicht so dramatisch abfällt wie es die DMA suggeriert

Auch hier beruht ein Missverständnis

Das Verhalten geklebter Anschlüsse wird einzig am Verhalten des Klebstoffs festgemacht

277. Tg ist nicht das Ende

TANNERT, T., VALLÉE, T. AND HEHL, S.; TEMPERATURE DEPENDENT STRENGTH OF GLUED TIMBER JOINTS, INTERNATIONAL CONFERENCE ON WOOD ADHESIVES, SOUTH LAKE TAHOE, NEVADA/USA, SEPT. 2009.

Bei geklebten Anschlüssen im Holzbau

Kein direkter Zusammenhang zwischen Tg und Tragfähigkeit des Anschlusses

287. Tg ist nicht das Ende

Bei geklebten Anschlüssen mit Buchenholz

Kein direkter Zusammenhang zwischen Tg und Tragfähigkeit des Anschlusses

Werden alle Komponenten des Anschlusses unter Temperatur charakterisiert ist es möglich die Traglast rechnerisch vorherzubestimmen

297. Tg ist nicht das Ende

Es ist möglich über Tg hinaus zu „rechnen“

Für (fast) alle relevanten Parameter gibt es mittlerweile abgesicherte Modelle, inkl. entsprechender analytischer Ausdrücke

Mit Hilfe derer es ohne weiteres möglichingenieursmäßige Abschätzungen zu tätigen

Mit Hilfe der FEM kann (fast)jedes Problem behandeltwerden

BAI, Y., VALLÉE, T., KELLER, T.; MODELING OF THERMAL RESPONSES FOR FRP COMPOSITES UNDER ELEVATED AND HIGH TEMPERATURES: (2008) COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY, 68 (1), PP. 47-56. CITED 15 TIMES.BAI, Y., VALLÉE, T., KELLER, T.; MODELING OF THERMO-PHYSICAL PROPERTIES FOR FRP COMPOSITES UNDER ELEVATED AND HIGH TEMPERATURE; (2007) COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY, 67 (15-16), PP. 3098-3109. CITED 19 TIMES.BAI, Y., KELLER, T., VALLÉE, T.; MODELING OF STIFFNESS OF FRP COMPOSITES UNDER ELEVATED AND HIGH TEMPERATURES; (2008) COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY, 68 (15-16), PP. 3099-3106. CITED 26 TIMES.

30Zusammenfassung

Das Tragverhalten geklebter Anschlüsse muss rational erfasst werden

Geklebte Strukturen müssen klebgerecht entworfen werden

Klebgerechte Auslegung muss die Herstellung explizit berücksichtigen

Modelle und Nachweise auf der Ebene der Werkstoffe führen

Spannungen und Dehnungen aus Temperatur, Kriechen, Härtungsschrumpf etc.

… sind keine besonderen Spannungen und Dehnungen

… lassen sich genauso berechnen wie bei mechanischer Belastung