Buch: Biegeträger aus Brettsperrholz bei Beanspruchung in Plattenebene

Biegeträger aus Brettsperrholz bei Beanspruchung in Plattenebene
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 26
Marcus Flaig
Hrsg.: Karlsruher Institut für Technologie -KIT-, Bereich Holzbau und Baukonstruktionen; Hans Jachim Blaß
2013, XXI, 245 S., m. graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing
ISBN 978-3-7315-0052-0

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Inhalt

In der Arbeit wurden die Anwendungsmöglichkeiten von Biegeträgern aus Brettsperrholz bei Beanspruchung in Plattenebene untersucht und die für die Bemessung der Bauteile erforderlichen Ansätze für den Nachweis der Tragfähigkeit und der Verformungen entwickelt und hergeleitet. Zur Ermittlung der Biegefestigkeit von Brettsperrholzträgern wurde ein Rechenmodell verwendet, in dem sowohl der strukturelle Aufbau der Träger als auch die streuenden mechanischen Eigenschaften der Brettlamellen wirklichkeitsnah abgebildet werden können. Mit Hilfe des Modells wurden Homogenisierungseffekte, die sich aus dem Zusammenwirken mehrerer Lamellen innerhalb eines Querschnittes ergeben untersucht und Systembeiwerte für die Biegefestigkeit von Brettsperrholzträgern ermittelt. Beim Nachweis der Schubtragfähigkeit von Brettsperrholzträgem werden drei Versagensmechanismen unterschieden, durch die sowohl Schubspannungen in den Brettlamellen als auch in den Kreuzungsflächen berücksichtigt werden. Mit Hilfe analytischer Ansätze wurden Gleichungen zur Berechnung der Schubspannungen im Brutto- und Nettoquerschnitt sowie der drei Spannungskomponenten in den Kreuzungsflächen hergeleitet. Auf der Grundlage früherer Arbeiten wurden spannungsbasierte Nachweiskriterien für die drei Versagensmechanismen definiert. Für Biegeträger mit angeschnittenen Rändern wurden mit Hilfe der Gleichungen zur Berechnung der Schubspannungen Beiwerte zur Berechnung der Biegefestigkeit in Abhängigkeit des Faseranschnittwinkels ermittelt und anhand von Versuchsergebnissen bestätigt. Zur Berechnung der Durchbiegung von in Plattenebene beanspruchten Brettsperrholzträgern unter Berücksichtigung des Trägeraufbaus wurden analytische Lösungen für die aus den Verschiebungen und Verdrehungen in den Kreuzungsflächen resultierenden Schubverformungen hergeleitet. Durch die Auswertung von Biegeversuchen konnte gezeigt werden, dass die analytischen Ansätze bei Verwendung der in Kleinversuchen ermittelten Verschiebungsmoduln von Kreuzungsflächen hinreichend genaue und zugleich konservative Ergebnisse für die Durchbiegung von Brettsperrholzträgern liefern.

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Publikationslisten zum Thema:
Biegeträger, Brettsperrholz, Beanspruchung, Belastungsrichtung, Plattenebene, Anwendungsmöglichkeit, Bemessung, Schubtragfähigkeit, Tragfähigkeitsnachweis, Verformungsnachweis, Nachweisverfahren, Biegefestigkeit, Durchbiegung, Versagensmechanismus, Schubspannung, Berechnung, Rechenmodell, Biegeversuch,

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Die Steifigkeit horizontaler Verbände ist entscheidend für eine ausreichende Seitensteifigkeit schlanker Biegeträger. Je größer die seitliche Auslenkung des Binders als Haupttragelement ist, desto größer sind die zu erwartenden nichtlinearen Effekte aus Theorie II. Ordnung auf den Binder und die daraus resultierenden Zusatzspannungen aus auftretendem Biegemoment um die z-Achse und Torsionsmoment um die x-Achse. Der Stabilitätsnachweis des Biegedrillknickens und der Schubspannungsnachweis infolge Querkraft und Torsion am Auflager werden dadurch zunehmend maßgebend für die Bemessung. Von entscheidender Bedeutung für das Biegedrillknicken als Effekt nach Theorie II. Ordnung ist die effektive Kipplänge und demzufolge die ausreichende Steifigkeit der Horizontalverbände, die es im Zusammenhang von neuen europäischen Normen und veränderten schlankeren Bauweisen zu untersuchen galt. Im Sinne einer standsicheren und wirtschaftlichen Dimensionierung sowohl der Binder als auch der Horizontalverbände wurde im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die Wechselwirkungen zwischen Horizontalverband und Binder untersucht. Hierzu wurde ein bereits bestehendes numerisches Modell um eine horizontale Stützung am Obergurt und die Rechenroutine für einen holzbautypischen Satteldachträger erweitert. Im Rahmen einer Parameterstudie wurden Querschnittswerte des Biegeträgers und des Horizontalverbands variiert, um deren Einflüsse auf die erforderliche Steifigkeit zu erhalten. Mit zunehmender Trägerlänge und somit zunehmender Trägerschlankheit nimmt die Steifigkeit der Stützungen deutlich ab. Bei Vergrößerung des Abstands der Biegeträger und bei Vergrößerung des Durchmessers der Verbands-Zugdiagonalen steigen die Steifigkeiten dagegen deutlich an. Das in DIN EN 1995 vorgegebene Kriterium einer maximalen Verbandsdurchbiegung von 1/500 wurde bei allen untersuchten Träger- und Verbandskonfigurationen unter dem reinen Ansatz von Stabilisierungslasten eingehalten. Durch die sinusförmige Vorkrümmung des Biegeträgers entstehen in der Mitte des Horizon

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Die Berechnungsgrundsätze für Pultdachträger, Satteldachträger mit geradem oder gekrümmtem Untergurt sowie gekrümmte Träger sind nach DIN EN 1995-1-1:2010 (kurz EC 5) und DIN 1052:2008 prinzipiell gleich. Jedoch wird in DIN 1052:2008 der Faseranschnittwinkel für Pultdachträger und Satteldachträger mit geradem Untergurt auf 10 und der Dachneigungswinkel im Firstbereich von Satteldachträgem mit gekrümmtem Untergurt auf 20 beschränkt. Eine solche Deckelung des Faseranschnittwinkels bzw. des Dachneigungswinkels ist im Eurocode nicht enthalten. Dem seinerzeitigen Projektteam zum Forschungsvorhaben "DIN EN 1995 - Eurocode 5 Holzbauten - Anwendungserprobung", aber auch den Mitgliedern des für den EC 5 zuständigen DIN-Spiegelausschusses sind keine systematischen Untersuchungen mit größeren Winkeln bekannt. Im Hinblick auf ein mögliches Sicherheitsdefizit haben die Harrer Ingenieure beim DiBt einen ergänzenden Forschungsauftrag zur Durchführung von Untersuchungen der drei Trägerformen Pultdachträger, Satteldachträger mit geradem Untergurt und Satteldachträger mit gekrümmtem Untergurt mit verschiedenen Faseranschnittwinkeln bzw. Dachneigungswinkeln beantragt. Die Untersuchungen erfolgten in Zusammenarbeit mit der Softwarefirma DLUBAL, welche die Träger mit dem Programm RFEM modelliert und berechnet hat. Im Vergleich dazu wurden die Binder nach den Berechnungsgrundsätzen der DIN EN 1995-1-1 Ausgaben Juni 1994 (Vornorm) sowie Dezember 2010, der DIN 1052 Ausgaben April 1988 sowie Dezember 2008 und nach den Diagrammen in der Veröffentlichung von BLUMER 1972/1979 - soweit vorhanden - nachgewiesen. Die Ergebnisse wurden als Kurverscharen aufgetragen.

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Die theoretischen Untersuchungen umfassten die Entwicklung eines Weibull-Theorie basierten Bemessungsverfahrens, wobei die Zugbeanspruchung rechtwinklig zur Faserrichtung als ausschlaggebend tragfähigkeitsbestimmend betrachtet wird. Der Weibull-Ansatz wurde gewählt, da er sich nachweislich gut für sprödbrüchige, stochastisch defektbehaftete Materialien/Materialeigenschaften und für die einfache Berücksichtigung sehr inhomogener Spannungsverteilungen in unterschiedlich großen Volumina eignet. Da die Weibull-Theorie bereits europäisch (EC 5) und national (DIN 1052:2004) für den Nachweis von "Querzug"-Spannungen infolge Umlenkkräften in gebogenen und satteldachförmigen BSH-Trägern verwendet wird, stellt die Wahl des Bemessungskonzepts auch die konsequente Ausweitung einer insgesamt als zielführend anerkannten Modellvorstellung für Brettschichtholz dar. Der Bemessungsansatz erfasst alle in den Versuchen als durchriss- und traglastbestimmend festgestellten Parameter: die Schnittgrößen V und M, das Durchbruchsverhältnis d/h, die bezogene Trägerkrümmung h/r tief m und die Bauteilgröße respektive den hiermit verbundenen Maßstabseffekt. Zur Anpassung des rechnerischen Bauteilwiderstandes im Bemessungsansatz an die Gesamtheit der Versuchsergebnisse wurde ein skalarer Parameter eingeführt, der durch Minimierung der Fehlerquadrate zwischen berechneten und experimentellen Werten aller Testreihen berechnet wird. Die Bestimmung des Kalibrierfaktors kann prinzipiell mit nahezu gleicher Anpassungsgüte sowohl bezüglich der charakteristischen Durchriss- wie der Höchstlasten vorgenommen werden. Auf der Grundlage der festgestellten Schädigungsabfolge und der Gesamtheit der Versuchsergebnisse ist jedoch im Hinblick auf die langfristige Standsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit von BSH-Trägern mit Durchbrüchen ohne planmäßig akzeptierte großformatige Risse ausschließlich die Verwendung des anhand der Durchrisslasten bestimmten Kalibrierfaktors vertretbar. Das entwickelte Bemessungsverfahren liefert bei kleinen und mittleren Träger

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