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Structural sealant glazing (SSG) is an impressive technical response to the challenges of modern structural design. The evaluation of fitness for use as well as durability is a precondition for approval of SSG-façades by building authorities because of their special safety relevance. However, the potential of the actual evaluation methodology to reproduce performance as well as durability under real use conditions is generally assessed to be limited. The concept so far is criticized as mainly single-loading and incomplete in comparison to the real use conditions. The exercised separation of the in reality interacting loading effects is assessed as insufficient and inadequate to explore performance. Consequently, the performance and capability of SSG-solutions is only fragmentarily explored. However, the most restricting argument so far is the deficit of the actual test methodology for life cycle prognosis under interacting mechanical as well as climatic loads. Because of the limited acceptance, additional structural design conditions are imposed by the authorities. Besides this restriction, there is also an increasing demand by the authorities, architects, and users for determinable working life cycles, not least under economic aspects. That is why knowledge, particularly regarding SSG-performance and durability, must be expanded. Together with partners representing all branches involved in façade engineering (engineering design, sealant producer, applicator, and cladding company) the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) develops a new system test focused on the substrate–sealant–glass panel interaction. With it, a new comprehensive dynamic–mechanical evaluation methodology already introduced at the fourth Symposium in Anaheim, CA, in 2011 shall be complemented by a performance-related system test. Subject-matter of this contribution is the presentation of a new dynamic–mechanical system test method and its first experimental application on SSG-systems. We describe our approach beginning with the discussion of relevant load effects on sealant joints and with the help of a highly generalized finite element (FE) analysis. Resulting from a parameter study of various load combinations acting on different SSG-construction types, we derive a practicable deformation load function from the decisive load categories taking into account regular as well as extraordinary loads. Assumptions and procedures to quantify their parameter values (regarding the effective direction and order of deformation magnitude affecting the substrate–sealant–glass bond) are discussed. The calculated decisive sealant deformations resulting from the parameter study are validated by simplified mechanical plausibility tests. Subsequently, the transfer of the findings about the substrate–sealant–glass panel bond loading into the design and construction of an adapted system test specimen and the development of a multifunctional test facility is introduced. The multi-functional applicability of the system test device is discussed. On the basis of results during our actual operational checks, first ideas about system performance and durability under superimposed loading are presented. A validation of this new test methodology by comparison to test results of disassembled samples and in situ results is a task for separate research activities.
More information about the capability and especially about the durability of structural sealant glazing (SSG) systems are needed. To make a contribution to unanswered questions, a suitable system evaluation test is necessary. The basis for such a test is a load function, which accounts for the decisive loads SSG systems are exposed to during their working life. This paper proposes a general load function for standard SSG systems at central German locations for accelerated durability tests. Decisive loads are determined and different SSG construction types defined. The performance of these SSG systems under exposure to external loads and to a dynamic pendulum impact is investigated via finite element analyses using a hyperelastic material model. The external loads are applied separately and superimposed. Compression, tensile, and shear deformations of the sealant are determined. It is found that the sealant is subjected to normal and shear stresses simultaneously. The requirements for a representative specimen are derived. The results will be taken as basics for the development and the construction of a test facility to evaluate the durability of structural sealant glazing systems.
Ingenieurbauwerke wie Brücken, hoch beanspruchte Verkehrsflächen oder auch Hochhäuser und deren Bauwerksteile wie z.B. Hochhausfassaden werden aus technischen und ästhetischen Gründen durch Fugen in Einzelabschnitte unterteilt. Zur Sicherstellung der Gebrauchsfähigkeit und zum Schutz des Gesamtbauwerks, aber in zunehmendem Maße auch zur statisch-konstruktiven Anbindung der Bauwerksteile, werden diese Fugenspalte in aller Regel durch spezielle Fugenfüllsysteme verschlossen. Aufgrund der hohen Sicherheitsrelevanz bei Fugenfüllungen im Glasfassadenbau fordert das Baurecht auch bei diesen Bauprodukten als Voraussetzung für die baupraktische Verwendbarkeit neben dem Nachweis der Funktionsfähigkeit auch den Nachweis der Dauerhaftigkeit. Da die hierfür bekannten Nachweismethoden zur Dauerhaftigkeit keine allgemeine Zulassungsakzeptanz finden, kann das ästhetische, bauphysikalische und ökonomische Potential von modernen geklebten Ganzglasfassaden (sogenannte SSG-Fassaden) in der Baupraxis der Bundesrepublik Deutschland derzeit nicht ausgenutzt werden. Grund dafür sind die ungenügend erfassten und in den Bewertungsverfahren simulierten Wechselwirkungen derartiger Baukonstruktionen mit der Umwelt. In diesem Beitrag soll am Beispiel moderner Fugen im Glasfassadenbau (SSG-Fassaden) eine ganzheitliche gebrauchsbezogene Versuchsmethodik zur kontrollierten Ansprache der Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Fugensystemen unter realitätsnah und reproduzierbar simulierten Umwelteinwirkungen vorgestellt werden. Dazu werden die maßgebenden Umwelteinflüsse und die Quantifizierung der daraus folgenden Beanspruchungen auf derartige Fugensysteme dargestellt. Basierend darauf werden eine repräsentative Beanspruchungsfunktion zur Nachstellung der maßgebenden Umwelteinflüsse und Beanspruchungen auf das System Tragrahmen - Fugenfüllung- Glasscheibe sowie eine geeignete Probendimensionierung abgeleitet. In der Konsequenz werden die Erkenntnisse in den Aufbau einer neuartigen komplexen Versuchseinrichtung überführt. Funktionsprinzip und Leistungsparameter dieser Anlage zur Umweltsimulation werden vorgestellt. Die Möglichkeiten der Systemkennzeichnung werden vorgestellt. Erste Versuchsergebnisse zeigen das Potential der neuartigen Bewertungsmethodik auf, die Kunst der Fuge im Bauwesen gebrauchsorientiert weiter zu entwickeln.
Klebverbindungen im modernen Hochbau können helfen, innovative ästhetische Bedürfnisse im Fassadenbau umzusetzen, technologische Verbesserungen zu erreichen, aber auch die Wechselwirkung von Gebäuden mit der Umwelt unter energetischen Aspekten zu optimieren. Aufgrund der hohen sicherheitstechnischen Bedeutung gibt es hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit, Dauerhaftigkeit und die Gütesicherheit.
Mit einer zerstörungsfreien praxistauglichen Prüftechnik, die eine sichere Überprüfung der Integrität von Glas-Metall Klebverbindungen im Ingenieurhochbau gewährleistet, kann sowohl ein wichtiger Beitrag zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Fassadenelementen aber auch bei der späteren Bauwerksüberwachung im Verlauf der Nutzungsdauer geleistet werden. Für eine Beurteilung der Qualität der Verbundfuge (z.B. bezgl. Standsicherheit) sind dabei Aussagen zur Homogenität der Verbundfuge, zum adhäsiven und kohäsiven Verbundverhalten gefordert. Hierzu besteht aktuell insbesondere Bedarf an zerstörungsfreien praxisgerechten, hoch ortsauflösenden und möglichst bildgebenden Untersuchungsverfahren.
Es wird mit einem Matrixarray und mit konventionellen Winkelprüfköpfen eine Prüftechnik vorgestellt, mit der die Wechselwirkung zwischen Ultraschallwelle und Fehlstelle in der Klebefuge untersucht wird. Hierbei ist das erste Untersuchungsziel, mit einer angepassten Ultraschall-Prüftechnik mögliche Inhomogenitäten oder Schädigungsstellen in der geklebten Glas-Metall Verbindung zu detektieren.
Über diese qualitativen Aussagen hinaus werden weiterführende Informationen über die flächenhafte Ausdehnung und den Ort einer mangelnden Klebung ermittelt. Dazu werden die Messwerte zusammen mit den Positionen des Ultraschallprüfkopfs aufgezeichnet. Mit Hilfe einer bildhaften Auswertung der gemessenen Ultraschallechos in Abhängigkeit vom Prüfkopfort werden die Möglichkeiten einer detaillierten Integritätsanalyse der Glas-Metall Klebschicht dargestellt. In diesem Beitrag werden experimentelle Prüfergebnisse vorgestellt, die im Sinne einer Verfahrensvalidierung an einem speziellen Beispielprobekörper zur Nachstellung einer SSG-Verglasung (ermittelt wurden und die Detektion fehlerhafter Klebestellen in einer Glas-Metall-Klebverbindung zum Ziel haben.
Reliable performance of structural sealant glazing (SSG) systems is necessary to utilise advantages of SSG in glass facades. Conventional durability assessment of structural sealant joints is based on separated weathering tests and empirical fatigue testing. This work presents a new test methodology for performance assessment of SSGjoints at simultaneous weathering and two-dimensional mechanical loading. The climatic and mechanical load function were derived from common loading scenarios according to a worst case approach. A System test specimen, resembling a common SSG-joint, was exposed to 24 h of combined loading in a custom-designed test facility. From the recorded mechanical system response, characteristic parameters were evaluated to assess the performance of the system at varying climatic and mechanical conditions. These experimental results reveal effects of ambient conditions, previous loading and deformation Amplitude peaks on the system response. The proposed test methodology opens up for new performance-related approaches in durability testing.
Durability Assessment of Structural Sealant Glazing Systems applying a Performance Test Method
(2020)
During the service life of a Structural Sealant Glazing (SSG) facade, its silicone bond is exposed to climatic, chemical, and mechanical loads. While current durability assessment methods schedule separate test programmes for accelerated weathering and fatigue, the presented test applies mechanical loading and weather cycling simultaneously to simulate 50 years of use. Specifically designed medium-scale system specimens resemble a common SSG-bond. Displacement-controlled sinusoidal load cycles in two load directions subject these specimens to tensile, compression and shear loads. Weathering comprises temperature and humidity cycles, UV-radiation, and application of water and detergent. During testing, the forces transmitted by the system specimens are continuously measured for performance assessment. The resulting system response reveals mechanical performance characteristics like elastic moduli and dissipated energies which decrease during exposure, indicating stress relaxation and degradation. Two common structural sealants were tested. After testing, sections of the system specimens were subjected to tensile and shear tests for mechanical characterisation. Strengths and moduli are notably reduced by combined loading compared to those of reference and weathered specimens. Hardness and visual inspections of the bond correlate with the performance and bond characteristics. The approach introduced in this article provides a basis for life cycle assessment of SSG-systems.
Inacceptable capability and durability of joint sealing systems but also inadequate traffic performance (noise emission; overrolling comfort) up to traffic safety aspects reflect the still enormous demand for data-based description of concrete pavements performance under heavy loading conditions. Especially the deformation behavior of concrete pavement slabs in the joint region in consideration of new pavement construction types and improved concrete mixtures meanwhile established but also under the steeply rising traffic loads is not sufficiently explored. To create a data basis for advanced design rules, evaluation methods and product standards - and with it to improve quality, durability and finally sustainability of pavements - an innovative 3-D sensor system SENSO JOINT adapted to german roadworking requirements and suitable for heavy-duty operating conditions was developed. The contribution introduced describes the development of an extensive technical solution based on the analysis of decisive loads, interactions and boundary conditions. Based on calibration data, results of laboratory testing and finally field-testing on different concrete pavement construction types the outcome of a multi-level evaluation process shall introduce the potential of the new sensor system.
SENSO JOINT - An innovative sensor system for a sustainable joint design of concrete pavements
(2020)
Inacceptable capability and durability of joint sealing systems but also inadequate traffic performance (noise emission; overrolling comfort) up to traffic safety aspects reflect the still enormous demand for data-based description of concrete pavements performance under heavy loading conditions. Especially the deformation behavior of concrete pavement slabs in the joint region in consideration of new pavement construction types and improved concrete mixtures meanwhile established but also under the steeply rising traffic loads is not sufficiently explored. To create a data basis for advanced design rules, evaluation methods and product standards - and with it to improve quality, durability and finally sustainability of pavements - an innovative 3-D sensor system SENSO JOINT adapted to german roadworking requirements and suitable for heavy-duty operating conditions was developed. The contribution introduced describes the development of an extensive technical solution based on the analysis of decisive loads, interactions and boundary conditions. Based on calibration data, results of laboratory testing and finally field-testing on different concrete pavement construction types the outcome of a multi-level evaluation process shall introduce the potential of the new sensor system.
Zunächst wird für eine gebrauchsbezogene Auswahl von Fahrbahnübergängen im Rahmen der Planung von Brückenbauwerken argumentiert. Auf der Grundlage der Ableitung maßgebender nutzerbezogener Gebrauchsanforderungen wird das grundlegende Leistungspotential belagsähnlicher flexibler Fahrbahnübergangskonstruktionen aufgezeigt. Die der Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit zugrunde liegenden stofflichen und konstruktiven Funktionsprinzipien werden erläutert. Die aktuelle baurechtliche Situation unter Berücksichtigung nationaler und europäischer technischer Regelwerke wird vorgestellt. Es werden auf entsprechend bei der Auswahl, Planung, Anwendung und Zulassung resultierenden Konsequenzen aufmerksam gemacht und Anwendungsregelungen gegeben. Dabei stehen insbesondere die für den Planer, Hersteller, Ausführenden sowie Bauauftraggeber aus den Regelwerken aber auch aus einzelnen technischen Zulassungen abzuleitenden wichtigen technischen und technologischen Informationen und zu berücksichtigenden Randbedingungen sowie Konsequenzen zur Güte- und Qualitätssicherung im Vordergrund.
Fugenfüllsysteme für Fahrbahnbeläge unter höchsten Beanspruchungen bestimmen in zunehmenden Maße die sichere Verfügbarkeit des Autobahnnetzes. Die aktuellen europäischen technischen Regelungen zu deren Verwendbarkeit folgen noch einem spezifikatorischen Ansatz auf empirischen Grundlagen. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Ansatz den Dauerhaftigkeits- und Nutzungsanforderungen nicht mehr entsprechen kann. Der Autor plädiert in seinem Vortrag für einen Paradigmenwechsel hin zu einem funktionsanalytischen Bewertungsansatz. Es werden Vorschläge für eine versuchstechnische Lösung des Problems und die damit verbundenen Chancen für Optimierung und Innovation aufgezeigt.
Die Ausführung von Abdichtungssystemen insbesondere an Ingenieurbauwerken der Verkehrsinfrastruktur greift in die unmittelbare Verfügbarkeit/Nutzbarkeit des Bauwerks ein und erfolgt deshalb i.a.R. unter höchstem Zeitdruck. Neuere materialtechnische Entwicklungen im Bereich der Flüssigkunststoff-Systeme erlauben kürzere Ausführungszeiten in einem erweiterten Einsatzspektrum. Zur Sicherstellung anforderungsgerechter Gebrauchseigenschaften des gesamten Brückenabdichtungssystems gibt die vorliegende Veröffentlichung Hinweise für die einzuhaltenden Baugrundsätze, bautechnologische Besonderheiten und Erfordernisse im Umgang mit Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie qualitätssichernde Maßnahmen.