@phdthesis{Borth2002, author = {Borth, Olaf}, title = {Absch{\"a}tzung der Tragf{\"a}higkeit von Queranschl{\"u}ssen an Tr{\"a}gern aus Voll- und Brett-schichtholz im Rahmen der Linear-Elastischen Bruchmechanik}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.23}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20040212-250}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2002}, abstract = {In der Arbeit werden M{\"o}glichkeiten aufgezeigt, die Tragf{\"a}higkeit von Queranschl{\"u}ssen an Tr{\"a}gern aus Voll- und Brettschichtholz abzusch{\"a}tzen. Die Tragf{\"a}higkeit dieser Anschl{\"u}sse wird nicht allein durch die Tragf{\"a}higkeit der mechanischen Verbindungsmittel selbst begrenzt. Die Tragf{\"a}higkeit der Verbindungsmittel wird in dieser Arbeit a priori als hinreichend betrachtet. Sie kann z. B. nach der Theorie von JOHANSEN bestimmt werden. Insbesondere bei solchen Anschl{\"u}ssen, welche unterhalb der Schwerachse von Tr{\"a}gern angeordnet sind, erzeugen die durch die Verbindungsmittel eingeleiteten Lasten Beanspruchungen, welche die Tragf{\"a}higkeiten dieser Anschl{\"u}sse bestimmen. Die Absch{\"a}tzung der Tragf{\"a}higkeit auf der Basis von Spannungen hat bei dieser Problemstellung methodische Schw{\"a}chen. Bauteile aus Holz k{\"o}nnen unter Gebrauchsbedingungen rißbehaftet sein. Mit den Methoden der Linear-Elastischen Bruchmechanik kann die Tragf{\"a}higkeit von rißbehafteten Bauteilen beurteilt werden. Es werden wegen der Vielzahl m{\"o}glicher Ausf{\"u}hrungvarianten lediglich Anschl{\"u}sse betrachtet, welche mit stiftf{\"o}rmigen Verbindungsmitteln hergestellt werden. Zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte werden numerische Methoden angewendet. Es werden wichtige Parameter dieser Anschl{\"u}sse untersucht und hinsichtlich ihrer Ber{\"u}cksichtigung im Rechenmodell bewertet. Zur Verifizierung des Rechenmodells werden Vergleiche mit experimentellen Untersuchungen anderer Wissenschaftler angestellt. Der Einsatz verschiedener Versagenskriterien wird diskutiert. Schließlich wird ein formaler Zusammenhang zur Absch{\"a}tzung der Tragf{\"a}higkeit f{\"u}r einzelne Verbindungsmittel hergestellt. Weiterhin wird die Tragf{\"a}higkeit von praxis{\"u}blichen Anschl{\"u}ssen anhand einfacher Zusammenh{\"a}nge aufgezeigt.}, subject = {Tr{\"a}ger}, language = {de} } @phdthesis{Lehmann2004, author = {Lehmann, Steffen}, title = {Untersuchungen zur Bewertung von Verbundbauteilen aus Brettstapelelementen im Fl{\"a}chenverbund mit mineralischen Deckschichten}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.239}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20041216-2479}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2004}, abstract = {Zur Verbindung des fl{\"a}chigen Bauteils Brettstapelelement mit mineralischer Deckschicht sind bisher kaum geeignete einfachste Fugenausbildungen untersucht. Bei dieser biegebeanspruchten hybriden Verbundkombination bietet das zugbeanspruchte Holz und die druckbeanspruchte mineralische Deckschicht im Verbund ein g{\"u}nstigeres Biegetragverhalten und verbessert im Vergleich zum reinen Brettstapeldeckenelement dessen Eigenschaften. F{\"u}r die Steifigkeit und die Tragf{\"a}higkeit der Verbundkonstruktion ist die Ausbildung der Verbundfuge, die effektive {\"U}bertragung der Schubkraft ausschlaggebend. Die vom Verfasser der Arbeit durchgef{\"u}hrten Versuche haben gezeigt, dass der Einsatz alternativer Verbundfugenausf{\"u}hrungen grunds{\"a}tzlich m{\"o}glich ist. Mit diesem Wissen scheint neben dem Einsatz nachgiebiger Verbindungsmittel auch die Heranziehung, Erfassung und Optimierung des Fl{\"a}chen- sowie Reibungsverbundes zwischen fl{\"a}chigen Holzelementen und mineralischen Deckschichten eine effiziente und sichere Fugenausbildung darzustellen. F{\"u}r weiterreichende und genauere Aussagen, sind neben der versuchstechnischen Abkl{\"a}rung der Wirksamkeit m{\"o}glicher chemischer als auch mechanischer Modifikationen der Holzoberfl{\"a}che in der Verbundfuge computergest{\"u}tzte Kurzzeit- sowie auch Langzeituntersuchungen zur Absch{\"a}tzung der M{\"o}glichkeiten und Zuverl{\"a}ssigkeit des Fl{\"a}chenverbundes zwischen Brettstapelelement und mineralischer Deckschicht unabdingbar gewesen. Als Deckschichtvarianten kamen Normalbeton, Zementestrich, Anhydritestrich und Geopolymerbeton zur Anwendung. Es konnte durch eine statistische Auswertung im Resultat ein Gesamt{\"u}berblick {\"u}ber das Tragverhalten von hybriden Verbundelementen mit mineralischen Deckschichten und spezieller Oberfl{\"a}chenbehandlung des Holzes gegeben werden. Dabei wirkten sich die Vorteile bei der Nutzung des Fl{\"a}chenverbundes vor allem auf den Gebrauchszustand des Bauteils aus. Die Steifigkeit des Verbundbauteils wurde durch den Fl{\"a}chenverbund erh{\"o}ht und es wurden damit g{\"u}nstigere Voraussetzungen f{\"u}r den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit vor allem bei Spannweiten {\"u}ber 5,0 m erzielt. Die Untersuchungen zeigen die grundlegende Anwendbarkeit f{\"u}r Brettstapel im Fl{\"a}chenverbund mit mineralischen Baustoffen.}, subject = {Holzbau}, language = {de} } @phdthesis{Hartnack2004, author = {Hartnack, Ralf}, title = {Langzeittragverhalten von druckbeanspruchten Bauteilen aus Holz}, series = {Langzeittragverhalten von druckbeanspruchten Bauteilen aus Holz}, journal = {Langzeittragverhalten von druckbeanspruchten Bauteilen aus Holz}, isbn = {978-3860682548}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.643}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20050527-6732}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2004}, abstract = {Das Langzeittragverhalten von St{\"u}tzen aus Holz wird entscheidend von der Gr{\"o}ße der Dauerlast und dem umgebenden Klima beeinflusst. Im Gegensatz zu Biegetr{\"a}gern haben diese Effekte auch Einfluss auf den Grenzzustand der Tragf{\"a}higkeit und sind unmittelbar Gegenstand von Sicherheitsaspekten. Der Eurocode 5 beachtet dies {\"u}berhaupt nicht, w{\"a}hrend in DIN 1052 (2004:08) Hinweise zur Bemessung gegeben sind. Da der Baustoff Holz infolge seines Wuchscharakters stark streuende Materialparameter aufweist, ist es kaum m{\"o}glich, Experimente in ausreichendem Umfang durchzuf{\"u}hren. Gegen eine solche experimentelle Untersuchung sprechen auch die zu erwartenden hohen Kosten sowie die langandauernden Versuche unter Klimabeanspruchung. Aus diesem Grund wird auf virtuelle Versuche mit Hilfe des Computerprogramms ISOBEAM zur{\"u}ckgegriffen. Dazu sind allerdings abgesicherte Materialmodelle wichtig, die hier an Experimenten mit Klein- und Kleinstproben sowie mit Versuchk{\"o}rpern baupraktisch relevanter Abmessungen angepasst wurden. Mit diesem verifizierten Modell war es m{\"o}glich, gezielt Parameterstudien durchzuf{\"u}hren. Der Einfluss der Einbauholzfeuchte auf das hygrothermische Langzeittragverhalten wurde genauso untersucht wie der der Nutzungsklasse und der Querschnittsabmessungen. Die Ergebnisse der virtuellen Versuche dienten zum einen der {\"U}berpr{\"u}fung der Vorgehensweise nach DIN 1052 (2004:08) und zum anderen zur Anpassung neuer Vorschl{\"a}ge zur Bemessung. Es wurde Wert darauf gelegt, dass sich die Vorschl{\"a}ge neuer Bemessungskonzepte an die bestehenden normativen Bemessungsregeln anlehnen. Zum einen wurde das Bemessungsverfahren nach Theorie II. Ordnung um eine weitere Ausmitte zur Ber{\"u}cksichtigung des Kriechens erg{\"a}nzt, zum anderen wurde beim Ersatzstabverfahren der Beiwert entsprechend modifiziert. Alternativ ist es m{\"o}glich, den Modifikationsbeiwert neu an die virtuellen Versuchsergebnisse anzupassen. Die Einbauholzfeuchte wurde ebenfalls {\"u}ber einen zus{\"a}tzlichen Modifikationsfaktor ber{\"u}cksichtigt.}, subject = {Kriechen}, language = {de} } @phdthesis{Schlegel2004, author = {Schlegel, Roger}, title = {Numerische Berechnung von Mauerwerkstrukturen in homogenen und diskreten Modellierungsstrategien}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.229}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20041213-2369}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2004}, abstract = {Im Zentrum der Arbeit stehen die Entwicklung, Verifikation, Implementierung und Leistungsf{\"a}higkeit numerischer Berechnungsmodelle f{\"u}r Mauerwerk im Rahmen der Kontinuums- und Diskontinuumsmechanik. Makromodelle beschreiben das Mauerwerk als verschmiertes Ersatzkontinuum. Mikromodelle ber{\"u}cksichtigen durch die Modellierung der einzelnen Steine und Fugen die Struktur des Mauerwerkverbandes. Soll dar{\"u}ber hinaus der durch die Querdehnungsinteraktion zwischen Stein und M{\"o}rtel hervorgerufene heterogene Spannungszustand im Mauerwerk abgebildet werden, so ist ein detailliertes Mikromodell, welches Steine und Fugen in ihren exakten geometrischen Dimensionen ber{\"u}cksichtigt, erforderlich. Demgegen{\"u}ber steht die vereinfachte Mikromodellierung, bei der die Fugen mit Hilfe von Kontaktalgorithmen beschrieben werden. Im Rahmen der Makromodellierung werden neue r{\"a}umliche Materialmodelle f{\"u}r verschiedene ein- und mehrschalige Mauerwerkarten hergeleitet. Die vorgestellten Modelle ber{\"u}cksichtigen die Anisotropie der Steifigkeiten, der Festigkeiten sowie des Ver- und Entfestigungsverhaltens. Die numerische Implementation erfolgt mit Hilfe moderner elastoplastischer Algorithmen im Rahmen der impliziten Finite Element Methode in das Programm ANSYS. Innerhalb der detaillierten Mikromodellierung wird ein neues, aus Materialbeschreibungen f{\"u}r Stein, M{\"o}rtel sowie deren Verbund bestehendes nichtlineares Berechnungsmodell entwickelt und in das Programm ANSYS implementiert. Die diskontinuumsmechanische Beschreibung von Mauerwerk im Rahmen der vereinfachten Mikromodellierung erfolgt unter Verwendung der expliziten Distinkt Element Methode mit Hilfe der Programme UDEC und 3DEC. An praktischen Beispielen werden Probleme der Tragf{\"a}higkeitsbewertung gemauerter Bogenbr{\"u}cken, M{\"o}glichkeiten zur Bewertung vorhandener Rissbildungen und Sch{\"a}digungen an historischen Mauerwerkstrukturen und Traglastberechnungen an gemauerten St{\"u}tzen ausgewertet und analysiert.}, subject = {Mauerwerk}, language = {de} } @phdthesis{Meyer2004, author = {Meyer, Ulrich}, title = {Ein Beitrag zur Bemessung von Holzrahmenbauw{\"a}nden mit der Methode der Finiten Elemente}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.417}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20050307-4022}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2004}, abstract = {Gegenstand dieser Arbeit ist es zu zeigen, ob die Anwendung der Methode der Finiten Elemente f{\"u}r die Berechnungen von aussteifenden Wandkonstruktionen in Holzrahmen- bzw. Holztafelbauweise richtige und verallgemeinerbare Ergebnisse liefert und damit: · zur Bemessung von Konstruktionen dienen kann, · die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Ausf{\"u}hrungsdetails erlaubt und · einen Ersatz f{\"u}r 1:1-Versuche an Wandscheiben darstellt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Unter den derzeitigen Bedingungen stellt die Methode der Berechnung mit Finiten Elementen f{\"u}r die Bemessung von Ein- und Zweirastertafeln, vor allem f{\"u}r die bautechnische Praxis, keine sinnvolle Alternative zu den in den Normen genannten Berechnungsverfahren dar. F{\"u}r Ein- und Zweirastersysteme sind die Nachweisverfahren der DIN 1052 bzw. des Eurocode 5 ausreichend. Sie k{\"o}nnen durch das Berechnungsverfahren nach KESSEL sinnvoll erg{\"a}nzt werden. Die Drucklastverteilung in den Vertikalrippen wird jedoch nur unzureichend erfasst. F{\"u}r Konstruktionen wie die in dieser Arbeit untersuchte Mehrrastertafel stehen derzeit keine geeigneten Berechnungsverfahren zur Verf{\"u}gung. Die Anwendbarkeit der FE-Methode f{\"u}r die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Konstruktionsdetails konnte in dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. F{\"u}r die FE-Modellbildung von Wandscheiben des Holzrahmenbaus wurden verschiedenen Detaill{\"o}sungen gezeigt. Es wurde gezeigt, welche Konstruktionsdetails der Wandscheiben signifikante Auswirkungen auf das Gesamttragverhalten haben. Die FE-Methode kann in der in dieser Arbeit verwendeten Form zur Vorbereitung von Versuchen an 1:1-Modellen dienen und wertvolle Hinweise zum Einfluß verschiedener Konstruktionsdetails auf das Gesamttragverhalten der Wandtafel liefern, um gezielt Ver{\"a}nderungen vornehmen zu k{\"o}nnen. Insofern stellen Berechnungen mit der FE-Methode eine sinnvolle Erg{\"a}nzung dar.}, subject = {Holzrahmenbau}, language = {de} } @phdthesis{Grosse2005, author = {Grosse, Marco}, title = {Zur numerischen Simulation des physikalisch nichtlinearen Kurzzeittragverhaltens von Nadelholz am Beispiel von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.734}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20060215-7725}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2005}, abstract = {In der Arbeit wird ein r{\"a}umliches Materialmodell f{\"u}r den anisotropen Werkstoff Holz vorgestellt. Dessen Leistungsf{\"a}higkeit wird durch Verifikationsrechnungen und die Simulation eigener Versuche aufgezeigt. In diesen Versuchen wurde das Tragverhalten spezieller Schubverbindungselemente der Brettstapel-Beton-Verbundbauweise untersucht. Die Kombination eines Brettstapels mit einer schubfest angeschlossenen Betonplatte ist eine vorteilhafte M{\"o}glichkeit, Schnittholz mit geringem Querschnitt effektiv in biegebeanspruchten Bauteilen einzusetzen. Es werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zu den Schubverbindungselementen Flachstahlschloss und Nutverbindung vorgestellt. Diese zeichnen sich durch eine {\"u}ber die gesamte Plattenbreite kontinuierliche {\"U}bertragung der Schubkraft per Kontaktpressung aus. Vor allem in Brettstapel-Beton-Verbunddecken werden somit ein sehr hoher Verschiebungsmodul sowie eine eminente Tragf{\"a}higkeit erreicht. Um mit numerischen Strukturanalysen die in den Versuchen beobachteten Versagensmechanismen ad{\"a}quat abbilden und realistische Prognosen f{\"u}r das Tragverhalten von Bauteilen oder Verbindungen treffen zu k{\"o}nnen, muss das physikalisch nichtlineare Verhalten aller beteiligter Baustoffe in die Berechnungen einbezogen werden. Im Rahmen der Dissertation wurde ein auf der Plastizit{\"a}tstheorie basierendes Materialmodell f{\"u}r Nadelholz hergeleitet und in das FE-Programm ANSYS implementiert, welches die Mikrostruktur des Holzes als verschmierendes Ersatzkontinuum erfasst. Anhand des anatomischen Aufbaus des inhomogenen, anisotropen und porigen Werkstoffs werden die holzspezifischen Versagensmechanismen und die daraus abgeleiteten konstitutiven Beziehungen erl{\"a}utert. Das ausgepr{\"a}gt anisotrope Tragverhalten von Holz ist vor allem durch erstaunliche Duktilit{\"a}t bei Stauchung, spr{\"o}des Versagen bei Zug- und Schubbeanspruchung und enorme Festigkeitsunterschiede in den Wuchsrichtungen gekennzeichnet. Die Auswirkungen der gr{\"o}ßtenteils unabh{\"a}ngig voneinander auftretenden, mikromechanischen Versagensmechanismen auf die Spannungs-Verformungsbeziehungen wurden durch die Formulierung ad{\"a}quater Ver- resp. Entfestigungsfunktionen in Abh{\"a}ngigkeit der Beanspruchungsmodi erfasst. Das dem Materialmodell zu Grunde liegende mehrfl{\"a}chige Fließkriterium ber{\"u}cksichtigt die Interaktion aller sechs Komponenten des r{\"a}umlichen Spannungszustandes. Die durchgef{\"u}hrten Verifikations- und Simulationsberechnungen belegen, dass der erarbeitete Ansatz sowohl zur Bewertung des Tragverm{\"o}gens als auch zur Beurteilung von Riss- bzw. Sch{\"a}digungsursachen von Holzbauteilen eingesetzt werden kann. Die numerische Simulation er{\"o}ffnet neue, bisher wenig beachtete M{\"o}glichkeiten zur Untersuchung komplexer Holzstrukturen sowie Anschlussdetails und wird sich auf Grund der Aussagekraft und Flexibilit{\"a}t auch im Ingenieurholzbau mehr und mehr gegen{\"u}ber ausschließlich experimenteller Untersuchung durchsetzen.}, subject = {Holzbau}, language = {de} } @phdthesis{Simon2008, author = {Simon, Antje}, title = {Analyse zum Trag- und Verformungsverhalten von Straßenbr{\"u}cken in Holz-Beton-Verbundbauweise}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.1358}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20081022-14216}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2008}, abstract = {Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag zur Weiterentwicklung und Adaption der Holz-Beton-Verbundbauweise auf den Straßenbr{\"u}ckenbau zu leisten. Dabei stehen differenzierte Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten hybrider Holzbr{\"u}ckentragwerke sowie die Entwicklung geeigneter Verbundelemente im Vordergrund. Um die Einf{\"u}hrung dieser innovativen Bauweise in der Praxis zu unterst{\"u}tzen, werden Bemessungs- und Konstruktionshinweise erarbeitet. Aufbauend auf eine Analyse des derzeitigen Forschungs- und Entwicklungsstandes auf dem Gebiet des Holz-Beton-Verbundbaus erfolgt die Untersuchung des Trag- und Verformungsverhaltens von Holz-Beton-Verbundbr{\"u}cken anhand einer umfangreichen Parameterstudie. Dabei wird der Einfluss verschiedener Geometrie- und Steifigkeitsparameter auf die Tragf{\"a}higkeit und Gebrauchstauglichkeit von Holz-Beton-Verbundbr{\"u}cken quantifiziert. Spezielle Untersuchungen dienen der Evaluation der Erm{\"u}dungssicherheit und der Ermittlung der Steifigkeitsdegradation unter Langzeitbeanspruchung auf der Basis einer realit{\"a}tsnahen Abbildung des differenten zeit- und klimaabh{\"a}ngigen Tragverhaltens der Verbundbaustoffe. Praxisgerechte Empfehlungen f{\"u}r die optimierte konstruktive Durchbildung hybrider Holzbr{\"u}ckentragwerke fassen die Ergebnisse der Parameterstudie zusammen. Aus den Parameteranalysen leitet sich ein Anforderungsprofil bez{\"u}glich der Steifigkeit und Tragf{\"a}higkeit geeigneter Verbundelemente f{\"u}r den Straßenbr{\"u}ckenbau ab. Das Tragverhalten von drei ausgew{\"a}hlten Verbundelementtypen, welche diesem Profil entsprechen, wird anhand systematischer Scherversuche unter Kurzzeit-, Langzeit- und dynamischer Belastung analysiert. Aufbauend auf diese Testreihen werden weiterf{\"u}hrende umfangreiche Versuchsserien mit dem Verbundelement D{\"u}belleiste zur Bestimmung der mechanischen Kennwerte und zur Analyse des Gesamttragverhaltens vorgestellt. In Auswertung der umfangreichen Bauteilversuche und rechnerischer Simulationen auf der Basis Finiter-Elemente-Modelle wird ein Bemessungskonzept erarbeitet und die Eignung des Verbundelementes D{\"u}belleiste f{\"u}r den Einsatz im Hybridbr{\"u}ckenbau nachgewiesen.}, subject = {Hybridbauweise}, language = {de} } @phdthesis{Schober2008, author = {Schober, Kay-Uwe}, title = {Untersuchungen zum Tragverhalten hybrider Verbundkonstruktionen aus Polymerbeton, faserverst{\"a}rkten Kunststoffen und Holz}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.1373}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20081210-14536}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, year = {2008}, abstract = {Die Entwicklung der Holz-Beton-Verbundbauweise hat gezeigt, dass hybride Holzverbundbauweisen eine sehr effiziente L{\"o}sung zur Steigerung der Tragf{\"a}higkeit und Steifigkeit von biegebeanspruchten Holzbauteilen darstellen. Bei solchen Holzverbundbauteilen stellt insbesondere die effiziente Gestaltung der Schubkraft{\"u}bertragung in der Verbundfuge zwischen den Baustoffschichten einen gewissen Schwachpunkt dar. Weiterhin limitieren insbesondere auch die streuenden Festigkeiten sowie wuchs- bzw. fertigungsbedingte Eigenschaften des in der Zugzone angeordneten Holzes die Leistungsf{\"a}higkeit solcher hybrider Verbundbauteile merklich. Eine innovative L{\"o}sung f{\"u}r diese Problemkreise konnte in der Herstellung von hybriden Verbundkonstruktionen aus Reaktionsharzbeton, faserverst{\"a}rkten Kunststoffen und der bestehenden Holzkonstruktion gefunden werden. Dabei kommt in der Biegedruckzone ein Hochleistungs-Polymerbeton zum Einsatz. Die Zugzone wird mittels ein- bzw. aufgeklebter Faserverbundwerkstoffe verst{\"a}rkt und strukturell bedingte Grenzen {\"u}berwunden. Faserverbundwerkstoffe sind im Vergleich mit homogenen Werkstoffen durch eine strukturelle Anisotropie gekennzeichnet. Zur rechnerischen Beschreibung des Trag- und Bruchverhaltens ben{\"o}tigt man eine schichtenweise Spannungsanalyse, Bruchkriterien f{\"u}r die einzelnen Schichten und Degradationsmodelle zum Erfassen der Auswirkung von Teilbr{\"u}chen, die noch nicht zum Bruch oder Abl{\"o}sen des Laminats f{\"u}hren. Dabei bieten bruchtypbezogene Versagenskriterien wesentliche Vorteile gegen{\"u}ber Pauschal¬kriterien, da die vorherrschenden Bruchmodi mithilfe ein¬zelner Bruch¬bedingungen unabh{\"a}ngig voneinander beschrieben werden k{\"o}nnen. Zur Analyse des Verbundverhaltens von faserverst{\"a}rkten Kunststoffen und Holz wurde deshalb das vereinfachte Puck-Knaust-Kriterium f{\"u}r die Versagensanalyse in ANSYS(R) implementiert. F{\"u}r die numerische Untersuchung der Verbundtr{\"a}ger wurde ein Strukturmodell f{\"u}r Kunstharzbetone im Verbund mit Holz entwickelt, mit dem sich Steifigkeit und Kriechverhalten beliebiger Mischungsverh{\"a}ltnisse absch{\"a}tzen lassen. Beim Vergleich der Ergebnisse zeigt sich, dass die relativen Kriechverformungen bei den verst{\"a}rkten Balkenserien um das 1,8- bis 2,5fache gr{\"o}ßer sind als bei der unverst{\"a}rkten Serie, was in der Materialspezifik des eingesetzten Polymerbetons begr{\"u}ndet liegt. Die Kriech¬verformung steigt dabei mit zunehmendem Verh{\"a}ltnis von Polymerbetonst{\"a}rke zum Holzgrundquerschnitt und kann mit der angegebenen Gleichung f{\"u}r beliebige Querschnittsverh{\"a}ltnisse ermittelt werden. Im Vergleich der Durchbiegung der Serien bei gleicher Belastung wird deutlich, dass die Steifigkeitsvorteile der verst{\"a}rkten Balken durch die gr{\"o}ßere Kriechneigung ganz oder teilweise aufgebraucht werden. Besonders betrifft das die Serien, bei denen die obere Holzschicht mit PC substituiert wurde. Dort wird aus einem anf{\"a}nglichen Vorteil sogar ein Nachteil. In der numerischen Simulation von hybriden Verbundtr{\"a}gern aus faser¬verst{\"a}rkten Kunststoffen, Kunstharzbeton und Holz best{\"a}tigte sich der eindeutige Vorteil einer zus{\"a}tzlich aufgebrachten Polymerbetonschicht. Der Beitrag der FVK-Verst{\"a}rkung am Gesamtsystem f{\"a}llt im Gegensatz zur PC-Deckschicht jedoch wesentlich geringer aus, da deren Potential erst bei gr{\"o}ßeren Belastungen voll aktiviert wird. In Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Anwendertauglichkeit insgesamt stellt der Einsatz von faserverst{\"a}rkten Kunststoffen und Kunstharzbetonen eine wirkliche und praxistaugliche Alternative gegen{\"u}ber herk{\"o}mmlichen Baustoffen zur Tragwerksverst{\"a}rkung dar.}, subject = {Kunststoffbeton}, language = {de} } @phdthesis{Lehmann, author = {Lehmann, Martin}, title = {Investigations of the Loadbearing Behaviour of Timber Bending Beams Reinforced Using Prestressed CFRP-Lamellas}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.2456}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20150916-24566}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, pages = {164}, abstract = {The refurbishment of old buildings often goes hand in hand with an increase in both the dead and live loads. The latter, combined with the higher safety factors, often make the reinforcement of the old structures necessary. Most reinforcement methods involve transforming a structural timber member into a composite beam. Composite sections have a long tradition in timber construction. In the early days, multiple timber beams were connected with interlocking tooth and wooden shear connecters, which resulted in an elastic connection. Although historical timber structures are frequently upgraded, no method has yet been established and fully accepted by all stakeholders such as owners, builders, architects, engineers and cultural heritage organisations. Carbon fibre-reinforced polymers (CFRP) have already shown their efficiency in structural reinforcement especially in concrete structures. Moreover, previous studies have shown that CFRP has the potential to meet the expectations of all parties involved. In order to reach the service-limit state, a high amount of carbon fibres has to be used, or considering the cost of reinforcement, prestress has to be applied. However, prestressing often goes hand-in-hand with delaminating issues. The camber method presented here offers an efficient solution for prestressing timber bending members and overcoming the known obstacles. In the method proposed, the timber beam is cambered using an adjustable prop at midspan during the bonding of the CRFP-lamella to the lower side of the bending member. After curing the adhesive, the prop is removed and the prestressed composite beam is ready to be used. The prestress introduced in the system is not constant, but has a triangular shape and peaks at midspan, where it is used the most. The prestress force, which declines towards the end of the beam, leads to a constant shear stress over the whole length of the reinforcement,avoiding a concentrated anchorage zone. An analytical calculation model has been developed to calculate and design prestressed timber- bending members using the camber method. Numerical modelling, using a multi-surface plasticity model for timber, confirmed the results from the analytical model, and clearly reduced delaminating issues, comparing very favourably to traditional prestressing methods. The experimental parametric study, including the determination of the short-term loadbearing capacity of structural-sized beams, showed agreement with the analytical and numerical calculation. The prestressed reinforcement showed a benefit of nearly 50\% towards the ultimate-limit state and up to 70\% towards the service-limit state. Calculations revealed that the use of high modulus CFRP allows even higher benefits, depending on the configurations and requirements. The long-term design of the prestressed composite beam was investigated by extending the analytical model. The creep of the timber leads to a load transfer from the timber towards the CFRP, and therefore increases the benefit towards the ultimatelimit design. Applying high modulus CFRP-lamellas allows for a complete utilisation of the design capacity of timber and carbon fibre-reinforced polymer. The thorough investigation conducted demonstrated that the camber method is an efficient technique for prestressing and reinforcing timber-bending members. Furthermore, the calculation model presented allows for a safe design and estimation of long-term behaviour.}, subject = {Holzbau}, language = {en} } @phdthesis{Jahreis, author = {Jahreis, Markus}, title = {Zur Entwicklung von Polymerverguss-Kopplungselementen f{\"u}r den Holzbau}, doi = {10.25643/bauhaus-universitaet.3945}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20190731-39458}, school = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar}, pages = {229}, abstract = {Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bilden die konstruktive Entwicklung und die wissenschaftliche Untersuchung des Tragverhaltens von Kopplungselementen f{\"u}r den Ingenieur¬holzbau. 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 gew{\"a}hrleisten eine leistungsf{\"a}hige und schlupf¬freie Verbindung zum Holz. F{\"u}r den Verguss wird ein mineralisch gef{\"u}lltes Epoxidharz mit sehr guten Klebeeigenschaften gegen{\"u}ber Holz und den meisten {\"u}blichen Baustoffen verwendet. Im Holz werden f{\"u}r die Verankerung der Kopplungselemente Bohrungen vorgesehen, die sich sowohl aus technologischen Gr{\"u}nden als auch f{\"u}r eine gleichm{\"a}ßige Spannungsverteilung vorteilhaft erweisen. Der Durchmesser der Bohrung ist gegen{\"u}ber dem Verbindungselement deutlich gr{\"o}ßer, wodurch die Verbindungsfl{\"a}che zum Holz bei konstanter L{\"a}nge ansteigt. Die Vergr{\"o}ßerung der Fugen zwischen dem Verbindungselement und der Holzwandung von 7 mm auf 17 mm f{\"u}hrt bei konstanter Einbindetiefe und gleichem Durchmesser des Verbin¬dungsmittels zu einer Laststeigerung von {\"u}ber 20 \%. Die gr{\"o}ßere Vergussfuge gew{\"a}hrleistet dar{\"u}ber hinaus eine Vergleichm{\"a}ßigung der Spannungen innerhalb der Verbindung, den Ein¬satz von frei geformten Verbindungselementen und eine Vereinfachung der Herstellung. Die Kopplungselemente sind f{\"u}r den Einsatz in Zug- oder Druckst{\"o}ßen ebenso geeignet wie f{\"u}r biegesteife Anschl{\"u}sse axial verbundener Biegetr{\"a}ger oder Rahmenecken. Sie k{\"o}nnen werkseitig im Holzbauteil vorgesehen oder als direkte Verbindung auf der Baustelle vergossen werden. F{\"u}r die Baupraxis wird durch den Einsatz des schwindarmen Verguss-materials mit hoher Klebewirkung eine Bandbreite an Anwendungen vom Toleranzausgleich {\"u}ber Schubbewehrung bis zum Druck-, Zug- oder Biegeanschluss geboten.}, subject = {Holzbau}, language = {de} }