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Zur Entwicklung von Polymerverguss-Kupplungselementen für den Holzbau

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[Quelle: https://e-pub.uni-weimar.de]

Den Schwerpunkt der Arbeit bilden die konstruktive Entwicklung und die wissenschaftliche Untersuchung des Tragverhaltens von Kopplungselementen für den Ingenieurholzbau. Die neu entwickelten Verbindungen bestehen bevorzugt aus Stahlteilen mit Gewindeanschluss und werden mit einem Polymerverguss im Holz verankert. Die Kopplungselemente gestatten die einfache montagegerechte Verbindung von Holzbauteilen untereinander oder zu anderen Bauweisen. Sie nehmen die Zug- oder Drucklast axial auf und gewährleisten eine leistungsfähige und schlupffreie Verbindung zum Holz. Für den Verguss wird ein mineralisch gefülltes Epoxidharz mit sehr guten Klebeeigenschaften gegenüber Holz und den meisten üblichen Baustoffen verwendet. Im Holz werden für die Verankerung der Kopplungselemente Bohrungen vorgesehen, die sich sowohl aus technologischen Gründen als auch für eine gleichmäßige Spannungsverteilung vorteilhaft erweisen. Der Durchmesser der Bohrung ist gegenüber dem Verbindungselement deutlich größer, wodurch die Verbindungsfläche zum Holz bei konstanter Länge ansteigt. Die Vergrößerung der Fugen zwischen dem Verbindungselement und der Holzwandung von 7 mm auf 17 mm führt bei konstanter Einbindetiefe und gleichem Durchmesser des Verbindungsmittels zu einer Laststeigerung von über 20 Prozent. Die größere Vergussfuge gewährleistet darüber hinaus eine Vergleichmäßigung der Spannungen innerhalb der Verbindung, den Einsatz von frei geformten Verbindungselementen und eine Vereinfachung der Herstellung. Die Kopplungselemente sind für den Einsatz in Zug- oder Druckstößen ebenso geeignet wie für biegesteife Anschlüsse axial verbundener Biegeträger oder Rahmenecken. Sie können werkseitig im Holzbauteil vorgesehen oder als direkte Verbindung auf der Baustelle vergossen werden. Für die Baupraxis wird durch den Einsatz des schwindarmen Verguss-materials mit hoher Klebewirkung eine Bandbreite an Anwendungen vom Toleranzausgleich über Schubbewehrung bis zum Druck-, Zug- oder Biegeanschluss geboten.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Tobias Schmidt
Kontaktverbindungen für aussteifende Scheiben aus Brettsperrholz
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 33
Dissertationsschrift
2018, 268 S., graph. Darst. 210 mm, 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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Harald Krenn
Die Stahlblech-Holz-Laschenverbindung mit schrägen Schrauben
Monographic series TU Graz - Timber engineering and technology, Band 7
2018, 470 S., 22.5 cm, Softcover
Verlag der Technischen Universität Graz

 

 

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Dietrich Töws
Holztafelbau mit klebstofffreien Beplankungen
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 32
Dissertationsschrift
2017, 254 S., graph. Darst. 210 mm, 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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Gary Rogowski, Michael Auwers
Holzverbindungen
Werkstattwissen für Holzwerker
Auswählen, konstruieren, bauen
2., Aufl.
2016, 343 S., m. zahlr. farb. Fotos. 28,5 cm, Hardcover
Holzwerken im Vincentz Network

 

 

Von der einfachsten Konstruktion "auf Stoß" bis zu komplexen Schlitz- und Zapfenverbindungen findet der Holzwerker in dem Band jede Verbindung, die irgendeine praktische Bedeutung hat. Zwölf Kapitel repräsentieren jeweils eine Gruppe von Verbindungen. Am Anfang jeden Kapitels zeigt der Autor eine Übersicht über diese Verbindungsgruppe, mit Hinweisen zu Materialien, Werkzeugen, Techniken und speziellen Problemen. Anschließend wird die Erstellung jeder Verbindung in Schritt-für-Schritt-Abbildungen gezeigt und erklärt. Dazu werden auch Variationen aufgezeigt, Gefahrenhinweise gegeben, Tipps eingestreut und Querverweise erteilt, um einzelne Techniken nicht doppelt darstellen zu müssen.

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Hans Joachim Blaß
Keilgezinkte Rahmenecken und Satteldachträger aus Brettsperrholz
Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 29
2015, 196 S., m. Abb. 210 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Satteldachträger und Dreigelenkrahmen mit biegesteifen Rahmenecken sind zwei der am häufigsten verwendeten Systeme für Hallentragwerke des Ingenieurholzbaus. Bei beiden Trägerformen treten infolge des gekrümmten oder geknickten Verlaufs Beanspruchungen quer zur Trägerachse auf. Aufgrund der im Material vorhandenen Querlagen und der daraus resultierenden hohen Festigkeiten in Querrichtung ist der Werkstoff Brettsperrholz zur Herstellung von Satteldachträger und Dreigelenkrahmen besonders geeignet. Weil die Produktionslängen von Brettsperrholz derzeit auf 16 m bis 18 m begrenzt sind und der Werkstoff in Plattenebene nicht gekrümmt werden kann, sind zur Herstellung großer Hallentragwerke aus Brettsperrholz leistungsfähige Bauteilstöße erforderlich. Um die Anwendung von Brettsperrholz im Hallenbau zu ermöglichen, wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens eine an den Werkstoff Brettsperrholz angepasste Universal-Keilzinkenverbindung entwickelt mit deren Hilfe Brettsperrholzträger mit Längen über 18 m sowie Satteldachträger und Rahmenecken aus Brettsperrholz realisierbar werden. Der Forschungsbericht enthält die Ergebnisse der in verschiedenen anwendungsbezogenen Konfigurationen durchgeführten Tragfähigkeitsversuche mit der neu entwickelten Universal-Keilzinkenverbindung und ein anhand der Versuchsergebnisse abgeleitetes, in der Praxis anwendbares Bemessungsverfahren für Universal-Keilzinkenverbindungen in Brettsperrholzträgern.

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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.
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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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F. Colling, H. J. Blaß, C. Prüfer
Tragfähigkeit von Stabdübelverbindungen
Bauforschung, Band T 3319
2015, 71 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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

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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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M Ayoubi, M Trautz
Verbundtragverhalten von Vollgewindeschrauben
Neuausg.
2014, 250 S., 30 cm, Softcover
Mainz Verlagshaus Aachen

 

 

Am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen der RWTH Aachen wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauforschung der RWTH Aachen (ibac) seit 2006 das systematische Verstärken und Fügen von Brettschichtholzbauteilen mittels Vollgewindeschrauben im Sinne einer Bewehrung, vergleichbar mit dem Stahlbetonbau, untersucht. Vollgewindeschrauben werden von verschiedenen Herstellern angeboten und sind durch individuelle bauaufsichtliche Zulassungen geregelt. Dabei weichen die geometrischen Parameter der in der Praxis gebräuchlichen Schrauben nur wenig voneinander ab. Um vergleichende Erkenntnisse zum Trag- und Verbundverhalten von Schrauben verschiedener Hersteller im Vergleich zu erhalten und um eine Klassifizierung hinsichtlich dieser Eigenschaften vornehmen zu können, wurden experimentelle Untersuchungen mittels Ausziehversuchen (Pull-Out-Versuche) an Probekörpern mit Vollgewindeschrauben gleicher Dimensionen und Abmessungen von unterschiedlichen Fabrikaten durchgeführt. In den Versuchen sollte nicht nur die maximale Ausziehkraft ermittelt werden, sondern auch die Veränderung der Ausziehkraft in Abhängigkeit von den Relativverschiebungen zwischen Schraube und Holz sowohl im elastischen als auch im plastischen Bereich dargestellt und verglichen werden. Der Bericht beschreibt das Versuchsprogramm und die Ergebnisse der zwischen dem 14.02.2011 und 16.02.2011 (Serien A, B, und C) sowie zwischen dem 04.07.2011 und 06.07.2011 (Serien D und E) in der Versuchshalle des Instituts für Bauforschung der RWTH Aachen (ibac) durchgeführten Versuche.

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Zeitschriftenartikel

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Mehl, Robert
Ökologisch, regional und digital. Moderner Blockbau - Prototyp aus gefrästen Kanthölzern
Dach und Holzbau, 2019

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Schmeck, Michel; Arendt, Stephan; La Magna, Riccardo; Schmid, Volker; Gengnagel, Christoph
Neues Verbindungskonzept aus bewehrtem Polymerfeinbeton für Faserverbund- und Holzwerkstoffe
Bautechnik, 2019

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Peter, Markus
Tendenz zur Konzentration. Technische Evolution und architektonische Potenziale
Werk Bauen + Wohnen, 2019

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Jacob-Freitag, Susanne
Hybridbau mit speziellen Verbundknoten. Polymer-Vergusssystem
Bauen mit Holz, 2019

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Arendt, Stephan; La Magna, Riccardo; Schmeck, Michel; Schmid, Volker; Gengnagel, Christoph
Neue Ergebnisse zu epoxidharzbasiertem Polymerfeinbeton mit und ohne GFK-Bewehrung
Bautechnik, 2019

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