Rechnerisches Bemessungskonzept für absturzsichernde Glastafeln

Brendler, Stefan

Gemäß dem Baurecht sind absturzsichernde Bauteile für das Szenario „Menschanprall“ nachzuweisen. Die Tragsicherheit wird bei absturzsichernden Glastafeln mit einem Pendelschlagversuch nachgewiesen. Die Fallhöhe des Stoßkörpers enthält im Versuch einen pauschalen Sicherheitszuschlag. Streuende Einflüsse wie Werkstofffestigkeiten, Montagefehler etc. werden hierdurch abgedeckt. Falls beim Versuch nur geringfügige Schäden an der Konstruktion aufgetreten sind, wird er als „bestanden“ gewertet. Aussagen über das tatsächlich vorhandene Sicherheitsniveau sind damit jedoch nicht möglich. Die Stoßsicherheit lässt sich auch rechnerisch nachweisen, dies wird von der Bauaufsicht noch nicht allgemein anerkannt. Prallt ein Mensch gegen eine Glastafel, beeinflussen zahlreichen Faktoren den Stoßverlauf. Für den Menschenanprall auf liniengelagerte Glastafeln wird ein wirtschaftlicher Bemessungsvorschlag zum rechnerischen Nachweis absturzhemmender Glastafeln vorgestellt. Folgende Voraussetzungen wurden dazu erarbeitet: baurechtliche Anforderungen und mechanischen Auswirkungen eines auf Glastafeln anprallenden Körpers qualifizierte rechnerische FE – Simulationen des Pendelschlagversuches Die Arbeit belegt, dass sich der Pendelschlag gegen Glastafeln rechnerisch mit einer hohen Aussagewahrscheinlichkeit simulieren lässt. Die charakteristische Einwirkung auf Glasbauteile beim Menschenanprall wird berechnet und bestehenden Forderungen anderer Regelwerke gegenübergestellt. Zur Kontrolle wurden Hilfsmittel aus dem Automobilbau, Dummys für die Crashtestsimulation, verwendet. Neben den Anprallszenarien infolge „üblicher“ Nutzung werden Extremsituationen mit hoher Anprallgeschwindigkeit, z. B. ein Inline – Skater, beurteilt. Validierte FE – Simulationen des Pendelschlagversuches belegen, dass sich die Steifigkeit von Glas beim Stoßkörperanprall gegenüber der Steifigkeit bei statischer Einwirkung ändert. Dies wurde durch entsprechende Bauteilversuche bestätigt.

Some parts of buildings e.g. balustrades or walls must for safety reasons be able to withstand a human impact. Different fields of law demand different scenarios for estimating the loadcarrying capacity of structural members subjected to this impact. According to the German building authority a pendulum impact test is required for glass structures acting as safety barriers simulating the impact of a human. Conclusions about the magnitude of the load carrying capacity and the safety level of the construction cannot be drawn. The pendulum impact test can also by simulated by computational means; however up to now such analyses are not accepted for design by the building authority. If a human body collides with a glass pane, many factors influence the vibration behaviour and the level a glass pane is stressed. This work introduces a concept for computationally analysing the impact of a human body on glass panes. In this context the following subtasks are investigated: • mechanical effects of the impact on a glass pane are presented. • a finite element model of the standard pendulum impact test is introduced and validated, providing a number of benchmarks tests. • to verify the impact force and the correlating usual falling height, numerical calculations with crash-test-dummies are performed. Additionally, the load-carrying capacity and the energy absorbed by the glass pane are evaluated. a validated finite element-model for the pendulum test is used for simulating the impact of a human body on other glass panes for the real building. The required energy as criterion for deciding if a glass pane can withstand a human impact is given for glass balustrades. changing material properties of glass (stiffening) subjected to dynamic impact found in numerical analyses are evaluated and verified by corresponding experiments. With the general concept for computationally analysing the impact of a human body on glass panes economical and safe glass structures can be designed.

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Brendler, Stefan: Rechnerisches Bemessungskonzept für absturzsichernde Glastafeln. 2007.

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