Projektbericht
Membran-Tragwerk-Kopplung: Messung und Modellierung von stoßartigen Belastungen und Materialverhalten der Membran sowie Ableitung bautechnologischer Optimierungen
Die Membraneindeckung einer Zelthalle weist in der Regel eine Vorspannung zwischen 0,5 kN/m und 1,0 kN/m auf und wird mit Kederschienen an Rahmen befestigt. Die Rahmen bestehen aus Holz, Aluminium oder Stahl und die Membranen sind zwischen den Rahmen nahezu eben. Bei großen Windgeschwindigkeiten oder Sturmböen beginnt die Membran zu flattern und es kommt zu einer Interaktion zwischen Wind, Membran und Tragwerk.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit innerhalb dieses Projektes umfassten den Einfluss stoßartiger Windbelastungen auf die Membranen und das Versagen von Keder Profilen bei hohen Zugkräften in der Membran. Hierfür wurden Werkstoffuntersuchungen wie das von der Belastungsgeschwindigkeit abhängige Dehnungsverhalten der Beschichtung, das Dämpfungsverhalten beschichteter Membranen und die Ermüdung der Membranen untersucht. Für die Untersuchung der Werkstoffeigenschaften wurde uns von der Fa. Sattler Global ein weißes PVC beschichtetes Polyestergewebe Typ II zur Verfügung gestellt. Zur Untersuchung der Versagensmechanismen der Kederprofile erhielten wie vom Projektpartner Losberger France eine ausreichende Anzahl an Mustern.
Während beim reinen Gewebe kein Einfluss der Geschwindigkeit auf das Spannungs-Dehnungs-Verhalten zu erkennen ist, reagiert die Beschichtung bereits bei geringen Spannungen auf eine höhere Belastungsgeschwindigkeit mit einer größeren Steifigkeit. Dies bedeutet die Membran wird bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten schubsteifer.
Die Beschreibung des Dämpfungsverhaltens von Membranen, die für die Zelthallen eingesetzt werden ist in Deutschland ungeregelt. Es sind in DIN 53 535 Prüfung von Kautschuk und Elastomeren
Grundlagen für dynamische Prüfverfahren, Angaben zur Bestimmung der Abklingkonstanten, des Dämpfungsgrads und es logarithmischen Dekrements gemacht. Um das Dämpfungsverhalten im vorgespannten Zustand wurde ein Zylinderdruckversuch entwickelt. Die Membran wurde über einen Innendruck ausgelenkt und mit einem Laserabtastgerät die Verformung gemessen.
Die Windumströmung der Membranen führt zu einer ständigen Bewegung der Membran und auch für diese Art der Beanspruchung fehlt eine normative Regelung. Ein einem Zylinderdruckversuche wurden die Membranen im Wechsel mit 1 kN/m² und 3 kN/m² belastet. Die Periode der Lastwechsel betrug 0,7 Sec und es wurden 72 000 Lastspiele gefahren. Nach diesen Lastwechseln wurde die Festigkeit in Kette und Schuss im einachsigen Zugversuch untersucht und keine Reduzierung gegenüber dem Rohmaterial festgestellt.
Um das Verhalten der Keder Profile zu untersuchen wurden einachsige Zugversuche durchgeführt und das Aufbiegen der Kedernut mit 2 Kameras optisch verfolgt. Das Verhalten des gesamten Profils wurde mit einer FE-Rechnung (Ansys) nach gerechnet und ein Ergebnis ist, dass das aufgehen der kedernut auch von der Wanddicke des Rechteckprofils abhängt.