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Tragfähigkeit von Stabdübelverbindungen

In Fachkreisen wird seit Jahren intensiv darüber diskutiert, dass die rechnerischen Tragfähigkeiten von Verbindungen mit Stabdübeln nach DIN 1052:2008 oder DIN EN 1995-1-1:2010 (EC 5) z.T. erheblich geringer sind als nach DIN 1052:1988. Nimmt man an, dass das Berechnungsmodell des Eurocode 5 (Johansen-Theorie) korrekt ist, so würde dies bedeuten, dass bei Verbindungen, die nach "alter" DIN 1052:1988 berechnet wurden, teilweise erhebliche Sicherheitsdefizite bestehen. Daher wurde das Forschungsvorhaben vom DIBt in Auftrag gegeben, in dessen Rahmen das Tragverhalten von Stabdübelverbindungen nochmals umfassend untersucht und bewertet werden sollte. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden insgesamt 1588 verfügbare Versuche aus 7 verschiedenen Forschungsarbeiten zusammenfassend ausgewertet. Die Auswertung der Kurzzeitversuche deutet darauf hin, dass die nach "alter" DIN 1052 berechneten zulässigen Werte um etwa 20 - 25 Prozent überschätzt wurden und entsprechend unter dem heute geforderten Sicherheitsniveau liegen. Die Auswertungen deuten weiterhin darauf hin, dass nach Eurocode 5 berechnete Tragfähigkeiten als konservativ angesehen werden können. Hier bestehen noch Reserven für höhere rechnerische Tragfähigkeiten. Anhand von Versuchen mit Stabdübeln, die im Zuge von Firmenüberwachungen entnommen wurden, konnte eine modifizierte Gleichung für das Fließmoment My abgeleitet werden, die insbesondere bei Stabdübeln mit größeren Durchmessern höhere rechnerische Tragfähigkeiten ergibt. Diese Versuche zeigten weiterhin, dass die vorhandenen Stahlfestigkeiten z.T. deutlich über den zugehörigen Nennfestigkeiten liegen. Weiterhin zeigten die Untersuchungen, dass bei Stabdübelverbindungen, bei denen sich im Versagensfall zwei Fließgelenke ausbilden, ein zusätzlicher "Schlankheitseffekt" im Sinne einer pauschalen Tragfähigkeitssteigerung angesetzt werden könnte. Die Regelungen zur "alten" DIN 1052 wurden aus Versuchen abgeleitet, bei denen diese beiden Effekte (Schlankheit und Überfestigkeiten) enthalten waren. Das bedeutet, dass in den zulässigen Belastungen nach "alter" DIN diese beiden Effekte implizit enthalten waren. Unter Berücksichtigung dieser drei Erkenntnisse (modifizierte Gleichung für My, "Schlankheitseffekt", Überfestigkeiten bei Stahl) können die bestehenden Unterschiede zwischen den nach DIN 1052:1988 und Eurocode 5 berechneten Tragfähigkeiten zumindest zu einem großen Teil erklärt werden. Damit werden die Unterschiede in den berechneten Tragfähigkeiten deutlich geringer als dies auf Grundlage der beiden Regelwerke der Fall zu sein scheint. Daher wird es als nicht notwendig erachtet, unauffällige Konstruktionen ausschließlich wegen der möglicherweise rechnerisch zu geringen Tragfähigkeit von nach DIN 1052:1988 bemessenen Stabdübelverbindungen zu überprüfen. Die Überprüfung der Standsicherheit im Zuge der baurechtlich geforderten Instandhaltung von Gebäuden ist aus Sicht der Autoren ausreichend, mögliche Schäden in Verbindungen rechtzeitig zu erkennen.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Nico Meyer
Tragfähigkeit mechanischer und geklebter Verbindungsmittel in Buchenfurnierschichtholz
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 36
2021, 322 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Buchenfurnierschichtholz weist gegenüber Brettschichtholz aus Nadelholz eine bis zu dreimal so hohe Zugfestigkeit auf. Aufgrund dessen ist Buchenfurnierschichtholz der ideale Werkstoff, um weitgespannte und gleichzeitig filigrane Tragwerke aus Holz zu realisieren. Innerhalb dieser Arbeit wurden die Bemessungs- und Konstruktionsgrundlagen für eine wirtschaftliche Dimensionierung der notwendigen Verbindungen zwischen Buchenfurnierschichtholz-Bauteilen geschaffen.

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Hans Joachim Blaß
Steifigkeit axial beanspruchter Vollgewindeschrauben
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 34
2019, 188 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Im Ingenieurholzbau sind selbstbohrende Holzschrauben ein wichtiges stiftförmiges Verbindungsmittel, um große Zugkräfte in Verbindungen übertragen zu können. Während die Tragfähigkeit nach derzeitigem Stand der Technik zutreffend bestimmt werden kann, weisen gegenwärtig verfügbare Berechnungsmodelle für die axiale Steifigkeit untereinander große Unterschiede auf und entsprechende Berechnungsergebnisse sind daher fallweise widersprüchlich. Dies liegt in der Wahl der Prüfmethode zur Ermittlung der axialen Steifigkeit begründet. In der Forschungsarbeit wurden unterschiedliche Prüfmethoden zur Ermittlung der axialen Steifigkeit erprobt und analysiert. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse wurde schließlich eine Prüfmethode identifiziert, die mit Experimenten an nachgiebig verbundenen Biegeträgern erfolgreich validiert wurde. Aufbauend auf den systematisch durchgeführten Versuchen wurden Berechnungsmodelle für die axiale Steifigkeit entwickelt.; The load-bearing capacity of axially loaded fully threaded screws can be determined correctly according to the acknowledged rules of technology. Whereas the currently available calculation models for the axial stiffness are clearly different from one another. In this research, different test methods for the determination of the axial stiffness were tested and analysed. Based on the test results, a test method was finally identified and calculation models were developed.

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Hans Joachim Blaß
Blockscheren von Holzbauteilen im Verbindungsbereich axial beanspruchter Vollgewindeschrauben
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 35
2019, 66 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Anschlüsse mit axial beanspruchten Holzschrauben, die Kraftkomponenten rechtwinklig zur Faserrichtung in Holzbauteile einleiten, wurden im Hinblick auf spröde Versagensmechanismen untersucht. Dazu wurden bestehende Versuchsergebnisse analysiert und mit Bemessungsvorschlägen für Blockscherversagen, für Reihenscherversagen sowie mit dem in vielen ETAs für Holzschrauben angegebenen Bemessungsverfahren mit einer wirksamen Schraubenanzahl nef verglichen. Um die Datenbasis mit Querzug- oder Rollschubversagen zu vergrößern, wurden gezielt weitere Versuche durchgeführt, um bestehende Rechenmodelle zu überprüfen und erforderlichenfalls zu modifizieren. Das analytische Modell von Meyer und Blaß (2018) für Reihenscherversagen in Verbindungen mit axial beanspruchten, eingeklebten Stahlstäben kann die Tragfähigkeit von Schraubenverbindungen mit Schrauben, die in Faserrichtung hintereinander angeordnet sind, ebenfalls gut vorhersagen. Das Bemessungsmodell von Mahlknecht und Brandner (2016) für Blockscherversagen wurde modifiziert, um eine bessere Übereinstimmung mit Versuchsbeobachtungen zu erzielen und um die Lasteintragung in querbeanspruchte Bauteile genauer zu berücksichtigen. Die dargestellten Ergebnisse ermöglichen eine einfache Bemessung von Verbindungen mit axial beanspruchten Schrauben und Lastkomponenten rechtwinklig zur Faser.; An existing design model for timber connections with axially loaded screws introducing load compo-nents perpendicular to grain was modified based on existing and new test data. The modified model provides a simple design method for connections with axially loaded screws and load components per-pendicular to grain.

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Tobias Schmidt
Kontaktverbindungen für aussteifende Scheiben aus Brettsperrholz
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 33
Dissertationsschrift
2018, 268 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Brettsperrholzelemente sind aufgrund ihrer hohen Schubtragfähigkeit und Schubsteifigkeit, verglichen mit anderen Holzbausystemen, besonders geeignet, um Einwirkungen in Scheibenebene abzutragen und damit Gebäude auszusteifen. Gleichwohl weisen heute gebräuchliche Verbindungstechniken vergleichsweise geringe Tragfähigkeits- und Steifigkeitswerte auf. Um diese Einschränkung zu überwinden wurden leistungsfähige Kontaktverbindungen für statische Einwirkungen und Erdbebeneinwirkungen entwickelt.

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Dietrich Töws
Holztafelbau mit klebstofffreien Beplankungen
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 32
Dissertationsschrift
2017, 254 S., graph. Darst. 21 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Es wurden klebstofffreie Beplankungssysteme entwickelt und hinsichtlich ihrer Anwendungsmöglichkeiten als Beplankung in aussteifenden Holztafeln beurteilt. Einen Schwerpunkt stellte die Entwicklung unterschiedlicher Verbindungslösungen und deren wissenschaftliche Untersuchung in klein- und großformatigen Versuchen dar. Auf der Grundlage dieser Versuche erfolgte die Bemessung und die computergestützte Berechnung der Holztafeln mit klebstofffreien Beplankungen.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Ulrike Kuhlmann, Julius Gauß
Optimierung und Systematisierung von Anschlüssen im Holzbau zur Verbreitung der ressourcenschonenden Bauweise
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3185
2020, 190 S., 168 Abb. u. 19 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Komplexe, momententragfähige Anschlüsse im Holzbau werden derzeit meist als Unikate entworfen und bemessen. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die Bemessung komplexer Anschlussgeometrien im Holzbau zu vereinfachen und zu systematisieren und somit die Akzeptanz des Werkstoffs Holz in anspruchsvollen Ingenieurtragwerken zu erhöhen. Dies kann durch die Anwendung der Komponentenmethode erreicht werden, durch die mit Hilfe eines standardisierten Vorgehens, dem Zerlegen des Knotens in durch Federn charakterisierte Komponenten, die Bemessung unterschiedlicher Anschlüsse in Bezug auf die Tragfähigkeit und Steifigkeit ermöglicht wird. Durch dieses Projekt soll die in anderen Bauweisen schon übliche Komponentenmethode im Holzbau ermöglicht und der Zugang der Praxis zu diesem Verfahren durch eine Zusammenstellung typischer Komponenten und eines Bemessungsbeispiels erleichtert werden.

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H.J. Blaß
Herauswandern von Nagelplatten aus dem Holz - Identifizierung wesentlicher Einflussparameter
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3379
2020, 12 S., 4 Abb. u. 1 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In den letzten Jahren wurden zunehmend Schadensfälle in Dachkonstruktionen mit Nagelplattenbindern beobachtet, die auch durch das Herauswandern von Nagelplatten aus dem Holz verursacht wurden. Bereits ein Herauswandern von 1 mm kann zu signifikanten Reduzierungen der Tragfähigkeit von Nagelplattenverbindungen führen. Deshalb wurden im Forschungsprojekt besonders gefährdete Dachkonstruktionen mit Nagelplatten untersucht. Dazu wurden mögliche Parameter und ihre Kombinationen identifiziert und ihr Einfluss auf das Herauswandern von Nagelplatten abgeschätzt. Zusätzlich wurden Empfehlungen abgeleitet, wie bei der Errichtung von baulichen Anlagen mit Dachkonstruktionen in Nagelplattenbauweise im Hinblick auf Mindestanforderungen an Nagellänge oder Nagelform vorgegangen werden sollte.

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Stefan Loebus, Stefan Winter
Zweiachsige Tragwirkung bei Holz-Beton-Verbundkonstruktionen - Entwicklung von Bemessungsverfahren und Konstruktionsdetails für zweiachsige Lastabtragung bei der Holz-Beton-Verbundbauweise. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3022
2017, 186 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit der Holz-Beton-Verbundbauweise existiert ein System mit einer guten Kombination aus Tragfähigkeit, Schallschutz und Brandschutz. Aktuell ist diese Bauweise auf einachsig lastabtragende Systeme begrenzt. Mit dem Brettsperrholz sind große flächige Holzelemente mit zweiachsigem Lastabtragpotential verfügbar. Die Vorteile beider Bauweisen werden in dem behandelten System des Forschungsvorhabens kombiniert. In dem Forschungsvorhaben konnte die grundsätzliche Eignung und Anwendbarkeit der zweiachsigen Tragwirkung der Holz-Beton-Verbundbauweise nachgewiesen werden. Neben der Klärung des Tragverhaltens in experimentellen Untersuchungen und FEM-Simulationen waren Konstruktions- und Bemessungsvorschläge für diese Bauweise zu erarbeiten.

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Jürgen Schnell, Christian Kohlmeyer, Fadi Mikdad
Untersuchung von Schubnocken aus hochfestem Beton zur Schubverbindung in Holzverbundträgern. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2994
2016, 94 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Verbundbau hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. In diesem Zusammenhang ist in erster Linie der Stahl-Beton-Verbundbau zu nennen, doch auch Holz wird zunehmend in Verbundkonstruktionen eingesetzt. Die Holz-Beton-Verbundbauweise wird seit den 80er Jahren nach längerem Stillstand wieder zunehmend erforscht, hat in Deutschland aber bei Weitem nicht den Stellenwert wie in anderen europäischen Ländern. In diesem Forschungsvorhaben wurde das Trag- und Verformungsverhalten von Schubnocken aus hochfestem Beton als Schubverbindung für Holzverbundträger untersucht. Bei diesem Verbundmittel wird der Verbund zwischen Holzbalken und dem Betongurt durch in den Holzbalken einbetonierte Schubnocken aus hochfestem Beton sichergestellt.

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Ulrike Kuhlmann, Frank Brühl
Robustheit durch duktile Anschlüsse im Holzbau
Bauforschung, Band T 3312
2015, 125 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Robustheit gegenüber außergewöhnlichen Einwirkungen ist eine Forderung an Tragwerke, die immer mehr an Bedeutung gewinnt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Auslegung von duktilen Anschlüssen, um einem sicherheitsgefährdenden, spröden Anschlussversagen entgegenzuwirken. Des Weiteren wird die Anschlussduktilität im Hinblick auf die Robustheit eines Tragwerkes am Beispiel einer seismischen Belastung bewertet. Duktile Anschlüsse entziehen sich durch Verformungen einer weiteren Belastung. Dadurch sind derartige Systeme in der Lage, durch Schnittgrößenumlagerung außergewöhnliche Belastungen zu kompensieren. Um Kenntnisse über die Verformbarkeit von Verbindungsmitteln zu erhalten, sind verschiedene Verbindungsmittel hinsichtlich ihres duktilen Verhaltes untersucht worden. Hierbei zeigte sich, dass neben stiftförmigen Verbindungsmitteln auch Dübel besonderer Bauart über eine beachtliche Verformbarkeit verfügen. Aufgrund der Bestimmungen nach DIN EN 26891 wurden die Versuche jedoch bei einer Verformung von 15 mm abgebrochen, sodass die ermittelte Kenngröße nicht das gesamte Verformungsvermögen widerspiegelt. Im Rahmen eines weiteren Forschungsvorhabens wurden Stabdübelanschlüsse entworfen und hinsichtlich ihres plastischen Verhaltens ausgewertet. Dabei wurde der Stabdübeldurchmesser sowie die Anordnung der Verbindungsmittel variiert. Die Versuchsergebnisse zeigten ein ausgeprägtes Verformungsverhalten. Basierend auf den vorangegangenen Untersuchungen wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens, quasi-statisch, zyklische Verbindungen geprüft, um duktile Anschlüsse unter einer seismischen Belastung bewerten zu können. Es zeigte sich, dass derartige Verbindungen neben einer ausgeprägten statischen Verformbarkeit ebenfalls über eine beachtliche Verformbarkeit unter einer zyklischen Beanspruchung verfügen. Holz besitzt streuende Materialeigenschaften, die das Trag- und Verformungsverhalten beeinflussen. Neben dem Einfluss des streuenden E-Moduls auf die Trägerendrotationen wurde ein erster Faktor bestimmt, der sicherstellt

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Schoder, David; Hackspiel, Christoph; Sitte, Camillo
Brandmodell für Anschlüsse im Ingenieurholzbau - Chancen und Zukunftsvisionen. Erläuterung anhand einer FE-Modellierung von Haupt-Nebenträger-Anschlüssen im Brandfall und dessen Erweiterungspotenzial
Holzbau Die Neue Quadriga, 2021

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Bletz-Mühldorfer, Oliver; Mehlich, Daniel; Bathon, Leander
Neues beim Schraubenpresskleben. Schraubenpresskleben im Holzbau - Teil 2
Der Zimmermann, 2021

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Weber, Karl-Josef; Sauter, Jürgen
Verbindungen für die Reparatur. Traditionelle Holzverbindungen - Teil 3
Der Zimmermann, 2021

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Hölz, Kevin; Ayoubi, Mazen; Gwosch, Thomas; Matthiesen, Sven
Theoretische Modelle zum Verbundtragverhalten von Holzschrauben für die Schraubengestaltung
Bautechnik, 2021

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Bletz-Mühldorfer, Oliver; Diehl, Friedemann; Mehlich, Daniel; Bathon, Leander
Stahlstäbe in Holz kleben. Klebeverbindungen - Teil 1
Der Zimmermann, 2021

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Highlights aus dem Programm 2022