Universalprüfrahmen
Final Report Abstract
Konzentrierte Lasteinleitung in Brettsperrholzkonstruktionen - VerstärkungsmaBnahmen Dieses Forschungsprojekt befasste sich mit der Berechnung und Bemessung von Brettsperrholzelementen (BSP) unter konzentrierten Beanspruchungen. Der Schwerpunkt lag in der Schubbemessung der Elemente im Bereich von Punktstützungen unter Berücksichtigung von Schubverstärkungen aus selbstbohrenden Vollgewindeschrauben. Dabei bildeten experimentelle Untersuchungen die material-mechanischen Grundlagen, um den Einfluss der Spannungsinteraktionen von Rollschub und Querdruck senkrecht zur Faser zu erfassen. Zudem wurden verschiedene Bauteilversuche durchgeführt, um das Tragverhalten und den Verstärkungsgrad von mit Vollgewindeschrauben schubverstärkten Brettsperrholzelementen zu untersuchen. Dies erfolgte anhand von Scher- und Vierpunkt-Biegeversuchen, wobei die Querschnitte und Schraubenanordnungen variiert wurden. Abschließend wurden Tastversuche an umfanggelagerten Plattenelementen unter zentrischer Einzellast durchgeführt, um erste Erfahrungen mit Schubverstärkungen aus Vollgewindeschrauben bei zweiachsiger Lastabtragung zu gewinnen. Keywords: Holzbau, Brettsperrholz, Schubverstärkung, Vollgewindeschraube Untersuchung zu Steifigkeitseigenschaften von schubverstärkten Brettsperrholzelementen Im Rahmen einer Masterarbeit wurde experimentell untersucht, wie die Veränderung der Steifigkeitseigenschaften von schubverstärkten Brettsperrholzelementen quantifiziert werden kann (z.B. mittels optischer, berührungsloser Messtechnik). Zu diesem Zweck wurden verschiedene Bauteilversuche durchgeführt und die dabei aufgetretenen Verformungen mit einem optischen Messsystem aufgenommen. Die Ergebnisse ermöglichen den Abgleich von FEM-Berechnungen an schubverstärkten Brettsperrholzelementen und eine Einschätzung des veränderten Verformungsverhaltens. Keywords: Holzbau, Brettsperrholz, Schubverstärkung, Vollgewindeschraube, optisches Messsystem Verhalten von verstärkten BSH-Bautellen gegenüber Feuchteänderungen - Auszugsversuche inklusive berührungsloser, optischer Verformungsmessung Holz zeigt ein ausgeprägtes Quell- und Schwindverhalten, vor allem senkrecht zu seiner Faserrichtung. Bei inhomogener Feuchteverteilung über den Querschnitt (Holzfeuchtegradiente) führt dies zu Querspannungen. Überschreiten diese die korrespondierenden Quer(zug)festigkeiten, resultiert dies in faserparallelen Rissen. Bis jetzt noch wenig untersucht ist der Einfluss von senkrecht zur Faser eingebrachten Verstärkungselementen aus Stahl. Diese können, da sie auf Feuchteänderungen nicht mit Dehnungsänderungen reagieren, zu sog. „Haltekräften" im Holz und somit zu zusätzlichen Querspannungen führen, die bei Überschreiten der Festigkeiten wiederum in Rissen im Holz resultieren. Eine potentielle Rissbildung unter derartigen Bedingungen wurde im Rahmen von Auszugsversuchen mit verstärkten Brettschichtholzbauteilen unterschiedlicher Breite untersucht, um ein Schwinden des Bauteils bei einer Änderung der Holzfeuchte zu simulieren. Die dabei am Prüfkörper auftretenden Verformungen wurden mit dem berührungslosen optischen Messsystem kontinuierlich aufgenommen. Die Ergebnisse ermöglichen eine bessere Einschätzung der notwendigen Änderungen der Holzfeuchte im Bereich der Verstärkungselemente bis zum potentiellen Auftreten von Rissen. Keywords: Holzbau, Brettschichtholz, Verstärkung, feuchteinduzierte Spannungen Mit Schrauben verstärkte Holzbauteile - Aufteilung der Last auf Holz und Verstärkungselement bei mehreren Belastungszyklen Querzug- und Schubverstärkungen von Brettschichtholzbauteilen mit selbstbohrenden Schrauben oder Gewindestangen sind im Holzbau mittlerweile Stand der Technik. Noch wenig untersucht ist dabei die Fragestellung, welchen Anteil der im Bauteil vorliegenden Spannungen im ungerissenen Zustand von den Verstärkungselementen übemommen werden. Hierbei ist auch die Fragestellung von Interesse, ob sich diese Art der „Lastaufteilung" zwischen Bauteil und Verstärkungselement im Verlaufe mehrerer Belastungszyklen ändert. Im Rahmen von Druckversuchen an mit Schrauben verstärkten Probekörpern aus Brettschichtholz wurde das Verformungsverhalten der Schrauben bei mehreren Belastungen des Probekörpers untersucht. Dies enriöglicht einen Einblick hinsichtlich eventueller Änderungen der Verbundsteifigkeit zwischen Bauteil und Verstärkungselement über mehrere Belastungszyklen hinweg. Keywords: Holzbau, Brettschichtholz, Verstärkung, feuchteinduzierte Spannungen Visuelle Darstellung typischer Versagensmechanismen im Holzbau In der Lehre des Bauingenleurwesens gehört die visuelle Darstellung der Reaktion von Bauteilen auf äußere Einflüsse wie Lasten zu den wichtigsten, da einprägsamsten didaktischen Methoden. Kann ein persönliches Erleben, z.B. im Rahmen von Versuchen, aufgrund der Größe des Kurses nicht ermöglicht werden, so bietet sich das Medium Film für derartige Darstellungen an. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine große Anzahl der im Holzbau üblichen Versagensmechanismen im Versuch realisiert und in Form von Filmen visualisiert. Für spröde Versagensmechanismen wurde eine Hochgeschwindigkeitskamera mit der Prüfmaschine gekoppelt. In anderen Fällen wurde das Verformungsverhalten des Bauteils mittels des optischen, berührungslosen Messsystems dargestellt. Die positiven Ergebnisse der Evaluierung der Lehre im Holzbau zeigen, dass diese Art der Darstellung von den Studenten sehr gut angenommen wird. Keywords: Lehre und Ausbildung, Holzbau, Versagensmechanismen, Film, optische Verformungsmessung Entwicklung einer Fußgängerbrücke im ecuadorlanIschen Regenwald Mit der Entwicklung von Wissenschaftstourismus in der indigenen Gemeinde Sharamentsa des ecuadorlanischen Regenwaldes soll auf Wunsch der Bevölkerung eine neue Einnahmequelle unter Wahrung sozialer, kultureller und ökologischer Integrität und unter Schutz des Urwaldes geschaffen werden. In Kooperation mit der Gemeinde Sharamentsa und der Stiftung AMAZONICA wird eine Urwald Akademie errichtet. Einen zentralen Punkt stellt die Erschließung des Akademiegeländes mit einer Brücke über eine 22 m breite Schlucht dar, welche stützenfrei ausgeführt werden soll und als inszenierter Zugang dient. Im Entwurfsprozess fiel die Tragwerkswahl auf ein Bogenflechtwerk, auch bekannt als Leonardo-da-Vinci-Brücke, welches aus ineinandergeflochtenen Einfeldträgern besteht, deren Enden jeweils in Feldmitte des nächsten Einfeldträgers aufliegen und als Gesamtform einen Bogen ergeben. Herausragendes Konstruktionsmerkmal ist hierbei das Verbindungssystem aus Längs- und Querhölzern, welches auf Reib- und Kontaktverbindungen basiert. Hierzu sind grundlegende Untersuchungen des Tragverhaltens notwendig. Es wird eine eigene Stabkombination hergeleitet, die den Querschnitt des Querholzes in einem zweidimensionalen Berechnungsmodell abbildet. In einer numerischen Betrachtung wird der Spannungsverlauf der Verbindungskräfte zwischen Längs- und Querholz untersucht und aus dessen Resultierenden ein genauer Verbindungspunkt bestimmt. Um die Korrektheit der rechnerischen Ergebnisse zu überprüfen und anzugleichen, wurden für zwei verschiedene Querholzformen Prototypen aus Holz mit einer Spannweite von ca. 7 m hergestellt und einem Belastungsversuch unterzogen. Die Verformungen wurden mit einem optischen Messsystem gemessen und ausgewertet. Diesem Auswertungsergebnis wird das Berechnungsmodell über eine Kalibrienjng der Verbindungssteifigkeiten und des Reibbeiwertes angeglichen, so dass eine statische Berechnung des Fußgängerbrückenentwurfs möglich ist. Keywords: Holzbau, Brücke, Bogenflechtwerk, Bauen in trop. Klimazonen, optische Verformungsmessung Ermitttung von Drehfedersteifigkeiten von Stahlbauanschlüssen zur Bestimmung des Idealen Biegedrillknickmomentes Für den Stabilitätsnachweis eines Stahlträgers (Nebenträger) ist die Ausbildung des Anschlusses von entscheidender Bedeutung. Den üblichen Fonneln zur Ermittlung des idealen Biegedrillknickmomentes liegt die Annahme eines Gabellagers zu Grunde. Die aus Sicht der Vorfertigung und Montage sehr wirtschaftlichen Fahnenblechanschlüsse stellen jedoch kein Gabellager dar, der Stabilitätsnachweis ist für diese Lagerung derzeit nicht mit vertretbarem Aufwand zu führen. Daher beschäftigt sich dieses Forschungsvorhaben mit der Torsionsfedersteifigkeit von Fahnenblech- und Doppelwinkelanschlüssen mit und ohne Ausklinkung des Nebenträgers. Hierfür werden Großversuche durchgeführt. In denen typische Anschlüsse auf Torsion belastet werden. Die resultierenden Verformungen werden sowohl mit Weggebern als auch mit einem optischen Messsystem erfasst und ausgewertet. Aus den Ergebnissen werden die Torsionsfedersteifigkeiten der Anschlüsse ermittelt. Die Großversuche dienen außerdem der Kalibrierung von FE-Modellen, die für eine Parameterstudie verwendet werden, um eine möglichst große Bandbreite an Geometrien zu erfassen und die Ergebnisse in katalogisierter Form aufbereiten zu können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die Torsionsfedersteifigkeit der Anschlüsse können anschließend in die Ermittlung des idealen Biegedrillknickmomentes und damit in den Stabilitätsnachweis nach Eurocode einfließen. Keywords: Stahlbau, Biegedrillknicken, Torsionsfedersteifigkeit, Stabilität, Fahnenblech, Ausklinkung
Publications
- Structural safety and rehabilitation of connections in wide-span timber structures - two exemplary truss systems. Paper No.275, WCTE 2008, Conference Proceedings, Miyazaki, Japan
Dietsch P.; Merk M.; Mestek P.; Winter S.
- Cinematic Visualization of Failure Mechanisms. Paper No.739, WCTE 2010 Conference Proceedings, Riva del Garda, Italy
Dietsch P.; Schmid S.; Merk M.; Winter S.
- Gross Laminated Timber (CLT) - Reinforcements with Self-Tapping Screws. World Conference of Timber Engineering 2010; Conference Proceedings; Riva del Garda; Italy; 06/2010
Mestek, P.; Winter S.
- Assessment of Timber Structures. Shaker Verlag, Aachen, ISBN 978-3-8322-9513-4, 2011
Dietsch, P., Köhler, J.
- Design Concept for CLT - reinforced with Self-Tapping Screws. International Council for Research and Innovation in Building and Construction - Working Commission W18 - Timber Structure (C1B-W18); Alghero, Italy, 08/2011
Mestek, P.; Winter S.
- Konzentrierte Lasteinleitung in Brettsperrholzkonstruktionen - Verstärkungsmaßnahmen. Abschlussbericht zum AIF-Forschungsvorhaben Nr. 15892; Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion der TU München, 2011
Mestek, P.; Winter S.
