TY - THES A1 - Borth, Olaf T1 - Abschätzung der Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brett-schichtholz im Rahmen der Linear-Elastischen Bruchmechanik T1 - Estimation of the load-carrying capacity of perpendicular-to-grain connections in timber and glulam by fracture criterion in the framework of LEFM N2 - In der Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, die Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brettschichtholz abzuschätzen. Die Tragfähigkeit dieser Anschlüsse wird nicht allein durch die Tragfähigkeit der mechanischen Verbindungsmittel selbst begrenzt. Die Tragfähigkeit 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 Anschlüssen, welche unterhalb der Schwerachse von Trägern angeordnet sind, erzeugen die durch die Verbindungsmittel eingeleiteten Lasten Beanspruchungen, welche die Tragfähigkeiten dieser Anschlüsse bestimmen. Die Abschätzung der Tragfähigkeit auf der Basis von Spannungen hat bei dieser Problemstellung methodische Schwächen. Bauteile aus Holz können unter Gebrauchsbedingungen rißbehaftet sein. Mit den Methoden der Linear-Elastischen Bruchmechanik kann die Tragfähigkeit von rißbehafteten Bauteilen beurteilt werden. Es werden wegen der Vielzahl möglicher Ausführungvarianten lediglich Anschlüsse betrachtet, welche mit stiftförmigen Verbindungsmitteln hergestellt werden. Zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte werden numerische Methoden angewendet. Es werden wichtige Parameter dieser Anschlüsse untersucht und hinsichtlich ihrer Berücksichtigung 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 Abschätzung der Tragfähigkeit für einzelne Verbindungsmittel hergestellt. Weiterhin wird die Tragfähigkeit von praxisüblichen Anschlüssen anhand einfacher Zusammenhänge aufgezeigt. N2 - The load-carrying capacity of bolted and nailed joints under lateral force perpendicular to grain not only depends on the bearing capacity of the fastener itself. Especially for hangers below the gravity axis the load-carrying capacity is limited by stresses in the structural mem-ber caused by force transfer of the joint. For dowel-type fasteners there is a good estimation of the load-carrying by applying JOHANSEN’s theory. In this examination the strength of the fasteners is recognized as satisfied by this theory. For this reason the paper only deals with the estimation of the load-carrying capacity by consideration of uniaxial stresses due to lateral forces. An estimation of the ultimate load based on nominal stresses according to the theory of elasticity is quite difficult. The reason is the inaccuracy in determining maximum finite or area averaged stress values as well as the formulation of suitable failure criterions. Because of the local force concentration those areas have high stress gradients therefore a high sensibility of global failure strength in respect to the fracture toughness can also be assumed. Fracture toughness is the critical material parameter of linear-elastic fracture me-chanics. The calculation model which is presented in this paper is based on the numerical methods of the LEFM in order to estimate the ultimate limit state of wooden members under local loads perpendicular to the grain, like e.g. of mechanical joints with dowel-type fa-steners. Beside the short presentation of the basic finite element formulation of the LEFM, the influences of structural modeling, material- and structural depended parameters on the results of the strength simulation are presented. For several examples the results of the calculations are compared with the experimental ones published in scientific literature. Fi-nally the application of several fracture criterions will be discussed in order to derivate a simple design formula to predict the limit state strength of perpendicular-to-grain bolted timber connections. The solution will be compared with generally known approaches for this problem. KW - Träger KW - Brettschichtholz KW - Vollholz KW - Holzverbindung KW - Tragfähigkeit KW - Linearelastische Bruchmechanik KW - Holz KW - Queranschluß KW - Spannungsintensitätsfaktor KW - Bruchzähigkeit KW - Mixed Mode KW - Timber KW - Perpendicular-to-grain loaded Connections KW - Stress Intensity Factor KW - Fracture Toughness KW - Mixed Mode Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20040212-250 ER - TY - INPR A1 - Engelmann, Iris A1 - Schwendner, Sascha A1 - Seim, Werner T1 - Materialsparende Nagelbinder – Aspekte der Konstruktionsgeschichte von 1930 bis 1990 N2 - Materialsparende Holzkonstruktionen, die insbesondere während der Kriegs- und Nachkriegszeit im 20. Jahrhundert entwickelt und optimiert wurden, erlangen aktuell aus konstruktionshistorischer Sicht, aber auch aus ökonomischer Sicht erneut Interesse. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick angefangen von den ersten Konstruktionen Ende der 1920er Jahre bis hin zu Typenbindern der DDR, die noch bis 1990 über Landwirtschaftsbauten errichtet wurden und heute oft als Tragkonstruktionen für Photovoltaikanlagen weiterverwendet werden. Der Fokus liegt auf der chronologischen Vorstellung ausgewählter Konstruktionsweisen für Hallen- und Hausdächer unterschieden nach Fachwerk- und Vollwandbindern. Sowohl die verantwortlichen Ingenieure und deren Herkunft, sowie wesentliche Anwendungsfelder und Beispielbauten kommen in der Überblicksdarstellung zur Sprache. Eine wesentliche Erkenntnis ist die im Betrachtungszeitraum 1930 bis 1990 zu verzeichnende Reduzierung einer Vielzahl genagelter Spar- hin zu Typenkonstruktionen, die im wesentlichen äußerst materialeffiziente Fachwerkbinder für Satteldächer hervorbrachte. N2 - Material-saving wooden constructions, which were developed and optimized in particular during the war and post-war period in the 20th century, are currently attracting renewed interest from the point of view of construction history, but also from an economic point of view. The article gives an overview starting with the first constructions at the end of the 1920s up to the type trusses of the GDR, which were built over agricultural buildings until 1990 and are often used today as supporting structures for photovoltaic systems and are therefore experiencing a renaissance. The focus of the article is on the chronological presentation of selected construction methods for hall and house roofs, differentiated between timbered and solid wall trusses. Both the responsible engineers and their origin, as well as essential fields of application and example buildings are discussed in the overview. A significant finding is the reduction in the period from 1930 to 1990 from a large number of nailed savings to type constructions, which essentially produced extremely material-efficient timber trusses for gable roofs. KW - Ingenieurholzbau KW - Nagelverbindung KW - Nagelbrettbinder KW - Kantholzbinder KW - Vollwandbinder KW - Fachwerkbinder KW - Sparkonstruktion Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20230112-48882 N1 - This is the pre-peer reviewed version. ER - TY - INPR A1 - Fischer, Jens A1 - Schwendner, Sascha A1 - Seim, Werner A1 - Engelmann, Iris T1 - Verbindungen mit Nägeln im Holzbau – Die Erforschung und Entwicklung von Konstruktionsregeln N2 - Der Nagel als tragendes Holzverbindungsmittel ist heute gut bekannt. Doch noch vor 100 Jahren war das anders: sein statisch konstruktiver Gebrauch war verboten. Das änderte sich mit Beginn dessen Erforschung Ende der 1920er Jahre. Seit 1933 ist der Nagel Bestandteil der deutschen Regelwerke und findet seitdem breite Verwendung. Über weite Teile des 20. Jahrhunderts diente er in Not- und Sparkonstruktionen wie Brett- und Bohlenbindern als hocheffizientes Verbindungsmittel der Wahl. Diese materialsparenden Tragwerke waren bei der periodisch im-mer wiederkehrenden Ressourcenknappheit sehr gefragt und sind ein wichtiger Bestandteil der Konstruktionsgeschichte des Holzbaus. In dem folgenden Beitrag wird die Erforschung des Na-geltragverhaltens und die einhergehende fortlaufende Normierung behandelt. Die Errungen-schaften einzelner Forschungsvorhaben werden vorgestellt. Anhand eines Zeitstrahls werden Zusammenhänge zwischen Forschung und Normung gezeigt. Tabellen und Grafiken verdeutli-chen die Änderungen innerhalb der Normen von der ersten DIN 1052 im Jahr 1933 über die erste eigenständige Holzbaunorm in der DDR, der TGL 112-0730, aus 1963 bis zur DIN 1052- 1988. Dabei wird immer Bezug zum derzeitigen Entwurf des Eurocode 5 genommen. Allgemein zeigt sich, dass ein Großteil der heutigen Kenntnisse immer noch auf die Grundlagenforschung der 1930er Jahre zurückgeht. N2 - The nail as a load-bearing timber fastener is well known today. But 100 years ago, it was different: its structural use was not allowed. This changed with the beginning of systematical research at the end of the 1920s. Since 1933, the nail has been part of the German regulations and has been widely used ever since. For much of the 20th century, it served as the highly efficient fastener of choice especially in roof structures such as board and plank trusses. These material-saving load-bearing structural elements were always in demand due to the periodically recurring scarcity of material resources and are an important part in con-struction history. The following article deals with the research of the load-bearing behaviour of nails and the standardisation that has constantly accompanied it. The achievements of individual research projects are presented. A timeline shows the connections between research and standardisation. Tables and graphics illustrate the changes within the standards from the first DIN 1052 in 1933 to the first independent timber construction standard in the DDR, TGL 112-0730, from 1963 to DIN 1052-1988. Reference is al-ways made to the Eurocode 5 valid today. In general, it can be seen that a large part of today's knowledge still goes back to the basic research of the 1930s. KW - Ingenieurholzbau KW - Holz-Holz-Verbindungen KW - Nagel KW - Experimentelle Untersuchungen KW - DIN 1052 KW - TGL Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20230112-48893 N1 - This is the pre-peer reviewed version. ER - TY - THES A1 - Grosse, Marco T1 - Zur numerischen Simulation des physikalisch nichtlinearen Kurzzeittragverhaltens von Nadelholz am Beispiel von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen T1 - On the numerical simulation of the nonlinear short-time carrying behaviour of softwood with application to timber-concrete composite structures N2 - In der Arbeit wird ein räumliches Materialmodell für den anisotropen Werkstoff Holz vorgestellt. Dessen Leistungsfähigkeit 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 Möglichkeit, 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 über die gesamte Plattenbreite kontinuierliche Übertragung der Schubkraft per Kontaktpressung aus. Vor allem in Brettstapel-Beton-Verbunddecken werden somit ein sehr hoher Verschiebungsmodul sowie eine eminente Tragfähigkeit erreicht. Um mit numerischen Strukturanalysen die in den Versuchen beobachteten Versagensmechanismen adäquat abbilden und realistische Prognosen für das Tragverhalten von Bauteilen oder Verbindungen treffen zu können, muss das physikalisch nichtlineare Verhalten aller beteiligter Baustoffe in die Berechnungen einbezogen werden. Im Rahmen der Dissertation wurde ein auf der Plastizitätstheorie basierendes Materialmodell für 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 erläutert. Das ausgeprägt anisotrope Tragverhalten von Holz ist vor allem durch erstaunliche Duktilität bei Stauchung, sprödes Versagen bei Zug- und Schubbeanspruchung und enorme Festigkeitsunterschiede in den Wuchsrichtungen gekennzeichnet. Die Auswirkungen der größtenteils unabhängig voneinander auftretenden, mikromechanischen Versagensmechanismen auf die Spannungs-Verformungsbeziehungen wurden durch die Formulierung adäquater Ver- resp. Entfestigungsfunktionen in Abhängigkeit der Beanspruchungsmodi erfasst. Das dem Materialmodell zu Grunde liegende mehrflächige Fließkriterium berücksichtigt die Interaktion aller sechs Komponenten des räumlichen Spannungszustandes. Die durchgeführten Verifikations- und Simulationsberechnungen belegen, dass der erarbeitete Ansatz sowohl zur Bewertung des Tragvermögens als auch zur Beurteilung von Riss- bzw. Schädigungsursachen von Holzbauteilen eingesetzt werden kann. Die numerische Simulation eröffnet neue, bisher wenig beachtete Möglichkeiten zur Untersuchung komplexer Holzstrukturen sowie Anschlussdetails und wird sich auf Grund der Aussagekraft und Flexibilität auch im Ingenieurholzbau mehr und mehr gegenüber ausschließlich experimenteller Untersuchung durchsetzen. N2 - In the dissertation a spatial model for the anisotropic, porous material wood is presented. The efficiency of this numerical approach is pointed out by verifying computations and simulations of own experiments. In these tests the load carrying behaviour of special joining techniques for laminated timber concrete composite constructions have been examined. The combination of a laminated timber element with a shear resistant joined concrete slab is a profitable alternative for effectively using lumber with small cross section in bending stressed members. The results of the experimental investigations of flat-steel-lock and notch connection are presented. These are characterised by a load transmission via contact pressure continuously over the entire slab width. Particularly in laminated timber concrete composite ceilings a very stiff load-deflection relationship as well as an eminent load-carrying capacity is reached. To simulate the structural behaviour of members and to model there failure mechanisms it is necessary to take the mechanically nonlinear behaviour in the critical and post critical range of all involved materials into account. For this reason a constitutive material model for timber based on the plasticity theory was implemented in the finite element code ANSYS. The basic multisurface yield criterion considers the interaction of all six components of the spatial stress state. The proposal is furthermore based on the classic continuum mechanics. Therefore, a crack is not described discretely, but by its effect on the stress deformation behaviour. The numerical model reproduces the wood-specific anisotropic, load dependent strengths as well as predominantly independent proceeding of strain hardening and, respectively, softening. The conducted verifications and simulations prove, that the designed approach can be applied to the evaluation of the load-carrying behaviour as well as crack and damage causes of timber components. The numerical simulation opens new potentialities for investigation of complex wooden structures as well as connection details. Compared with expensive experimental studies this procedure will gain more significance due to its expressiveness and flexibility even in timber engineering. T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 7 KW - Holzbau KW - Verbundbauweise KW - Beton KW - Nichtlineare Finite-Elemente-Methode KW - Plastizitätstheorie KW - Numerische Mathematik KW - Simulation KW - Nichtlineare Kon KW - Holz-Beton-Verbund KW - HBV KW - Versagensmechanismen KW - Brettstapel KW - timber concrete composite KW - laminated timber Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20060215-7725 ER - TY - THES A1 - Hartnack, Ralf T1 - Langzeittragverhalten von druckbeanspruchten Bauteilen aus Holz T1 - Long-time load-bearing performance of compressed wooden members T2 - Langzeittragverhalten von druckbeanspruchten Bauteilen aus Holz N2 - Das Langzeittragverhalten von Stützen aus Holz wird entscheidend von der Größe der Dauerlast und dem umgebenden Klima beeinflusst. Im Gegensatz zu Biegeträgern haben diese Effekte auch Einfluss auf den Grenzzustand der Tragfähigkeit und sind unmittelbar Gegenstand von Sicherheitsaspekten. Der Eurocode 5 beachtet dies überhaupt nicht, während in DIN 1052 (2004:08) Hinweise zur Bemessung gegeben sind. Da der Baustoff Holz infolge seines Wuchscharakters stark streuende Materialparameter aufweist, ist es kaum möglich, Experimente in ausreichendem Umfang durchzuführen. 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 zurückgegriffen. Dazu sind allerdings abgesicherte Materialmodelle wichtig, die hier an Experimenten mit Klein- und Kleinstproben sowie mit Versuchkörpern baupraktisch relevanter Abmessungen angepasst wurden. Mit diesem verifizierten Modell war es möglich, gezielt Parameterstudien durchzuführen. 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 Überprüfung der Vorgehensweise nach DIN 1052 (2004:08) und zum anderen zur Anpassung neuer Vorschläge zur Bemessung. Es wurde Wert darauf gelegt, dass sich die Vorschläge neuer Bemessungskonzepte an die bestehenden normativen Bemessungsregeln anlehnen. Zum einen wurde das Bemessungsverfahren nach Theorie II. Ordnung um eine weitere Ausmitte zur Berücksichtigung des Kriechens ergänzt, zum anderen wurde beim Ersatzstabverfahren der Beiwert entsprechend modifiziert. Alternativ ist es möglich, den Modifikationsbeiwert neu an die virtuellen Versuchsergebnisse anzupassen. Die Einbauholzfeuchte wurde ebenfalls über einen zusätzlichen Modifikationsfaktor berücksichtigt. N2 - The long-term load-bearing performance of wooden columns is decisively influenced by the amount of permanent acting load and the surrounding climate. Unlike flexural beams these effects influence the ultimate limit state and they are direct subject of safety aspects. While DIN 1052 (2004:08) provides some hints for design, Eurocode 5 does not take this fact into account. As wood as building material shows highly varying material parameters resulting from growth characteristics it is almost impossible to make a sufficient number of experiments. Furthermore, high costs and long-term experiments regarding action of climate speak against such experimental investigations. Therefore, virtual experiments were made using the computer program ISOBEAM. Tried and proven material models are important for this purpose. They were adapted to experiments with small and smallest specimens and to those of dimensions of practical use. This verified model makes it possible to perform selective parameter studies. The influence of initial moisture content in wood on the long-term load-bearing capacity was investigated as well as the influence of service classes and cross-section dimensions. The results of these virtual experiments were used to evaluate the procedure of German Code DIN 1052 (2004:08) on the one hand and to adapt new proposals for design on the other. Importance was placed on the proposals of new design concepts according to existing design rules of code. On the one side the design rule according to 2nd order theory was supplemented by another eccentricity take into account creep effects. On the other side the coefficient of model column method was modified. Alternatively it is possible to adapt the modification coefficient to the results of virtual experiments. The initial moisture content in wood was also taken into consideration by an additional modifying factor. T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 5 KW - Kriechen KW - Bemessung KW - hygrothermisches Langzeittragverhalten KW - virtueller Versuch KW - Holzstützen KW - creep KW - design KW - hygrothermal long-time load-bearing performance KW - virtual experiment KW - wooden columns Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20050527-6732 SN - 978-3860682548 ER - TY - GEN A1 - Hüsken, Götz T1 - Das nichtlineare Tragverhalten von Holz bei longitudinaler Druckbeanspruchung oberhalb der Proportionalitätsgrenze N2 - Für die Implementierung in einem Materialmodell wird die Festigkeitsentwicklung bei faserparalleler Druckbeanspruchung untersucht und in einer entsprechenden numerischen Formulierung wiedergegeben. Im Zuge einer mathematischen Formulierung der Festigkeitsentwicklung werden die umfassenden Versagensmechanismen bei longitudinaler Druckbeanspruchung unter verschiedenen Aspekten umfassend untersucht. Dazu werden eigene Druckversuche unter Voll- und Teilflächenbelastung ausgewertet. Eine Auswertung der Druckversuche erfolgte anhand von Kraft- und Wegmessdaten aus einer induktiven bzw. photogrammetrischen Verformungsmessung. Im Rahmen der Versuchsauswertung wird der Einfluss des Lasteinleitungsbereiches und dessen Auswirkung auf die Festigkeitsentwicklung sowie das Verformungsverhalten oberhalb der Proportionalitätsgrenze in den Bereichen inner- und außerhalb der sich ausbildenden Stauchschicht untersucht. In diesen Betrachtungen wird auch das Materialverhalten nach Erreichen der Höchstlast und die damit einhergehende Entfestigung auf ein gleichbleibendes Niveau mit einbezogen. Von großem Interesse ist hierbei, ob die Versagensvorgänge während der Entfestigungsphase Einfluss auf das Verformungsverhalten des gesamten Probekörpers haben oder auf einen lokalen Bereich beschränkt sind. KW - Holzbau KW - Druckbeanspruchung KW - Festigkeit KW - Numerisches Modell KW - Knickbandbildung KW - Stauchschicht KW - Dehnungsverteilung KW - Lasteinleitungsbereich KW - Photogrammetrie Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-4085 ER - TY - THES A1 - Jahreis, Markus T1 - Zur Entwicklung von Polymerverguss-Kopplungselementen für den Holzbau N2 - Den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bilden die konstruktive Entwicklung und die wissenschaftliche Untersuchung des Tragverhaltens von Kopplungselementen für 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 gewährleisten eine leistungsfähige und schlupf¬freie 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 Verbin¬dungsmittels zu einer Laststeigerung von über 20 %. Die größere Vergussfuge gewährleistet darüber hinaus eine Vergleichmäßigung der Spannungen innerhalb der Verbindung, den Ein¬satz 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. N2 - The development and scientific investigation of connecting structural elements for timber constructions is the focus of this thesis. These consist preferential of a connector with standard threading that is anchored to the timber with a polymer grout. The connector allows a simple assembly-compatible connection of the timber elements to other timber structures or different construction types. The new developed polymer-grouted connecting structural elements carry tensile or compressive axial loads and offer a slip-free connection with a high load capacity. The grout is made of an epoxy resin with mineral filling that ensures a reliable adhesive connection to timber and most common building materials. The connectors are mounted into the timber by drill holes that are advantageous for technological reasons and a consistent stress distribution. The diameter of the hole is considerably larger than the connector. Thereby, the mounting area to the timber is enlarged as well as the load capacity, even at constant length. While enlarging the gap between connector and enveloping timber from 7 mm to 17 mm the load capacity increases by more than 20 %. Within the larger gap, filled with polymer grout, the surface stress distribution is equalized. This allows the usage of free formed connectors and an easier handling. The cast-in connectors can be used for tensile or compression joints as well as for the bending connection of axial mounted beams or frame structures. It is possible to prefabricate the elements or to grout them on site as repair-joints. The stable polymer grout offers a variety of applications with its adhesive and low shrinking properties. In combination with threaded connectors it can be used to equalize tolerances or for tension, compression or shear-connectors and as reinforcement for timber structures. KW - Holzbau KW - Kleben KW - Verbund KW - Konstruktion KW - Anschluss KW - Verbindung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20190731-39458 ER - TY - THES A1 - Lehmann, Martin T1 - Investigations of the Loadbearing Behaviour of Timber Bending Beams Reinforced Using Prestressed CFRP-Lamellas N2 - 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. N2 - Die Sanierung von bestehenden Gebäuden bringt häufig eine Erhöhung der Nutz- und Auflasten mit sich. Dies und die von den neuen Normen geforderten höheren Sicherheitsfaktoren erfordern oft eine Verstärkung der bestehenden Tragstruktur. Die meisten Massnahmen verwandeln den Holzbalken in einen Verbundquerschnitt. Zusammengesetzte Querschnitte haben in der Holzkonstruktion eine lange Tradition. Zu Beginn wurden die Konstruktionen durch Verzahnen und / oder durch Hartholzdübel respektive Keile miteinander verbunden. Kohlefaser verstärke Kunststoffe (CFK) haben bereits den Nachweis der Effizienz zur Verstärkung bestehender Strukturen erbracht, dies insbesondere im Betonbau. Verstärkungen im Holzbau werden bereits durchgeführt, jedoch hat sich bis heute noch keine Methode etabliert welche für alle involvierten Parteien wie Bauherr, Bauunternehmung, Architekt Ingenieur und Denkmalpflege zufriedenstellend ist. Verschiedene Untersuchungen zeigten, dass CFK das Potenzial hat diese Ansprüche zu erfüllen. Um mit dem Hochleistungsmaterial CFK auch die Durchbiegung reduzieren zu können ist entweder eine Vorspannung notwendig oder es muss andererseits sehr viel CFK eingesetzt werden, was die Methode unnötig verteuert. Leider kommt eine Vorspannung meist Hand in Hand mit Delaminierungsproblemen. Die Ursache dafür sind konzentrierte Schubspannungen an den Lamellenenden. Hier setzt die in der Dissertation präsentierte Methode zur Vorspannung von Biegebalken an und löst die bekannten Probleme. Die Vorspannung wird durch Überhöhung des zu sanierenden Balkens während der Verklebung mit der Kohlefaserlamelle erzeugt. Dies erfolgt mit Hilfe einer Schalungsstütze in der Mitte des Balkens. Durch das Entfernen der Schalungsstütze wird der verstärkte Balken vorgespannt und kann belastet werden. Das durch die Überhöhung induzierte Biegemoment ist dreieckförmig. Daher ist die Schubspannung in der Klebefuge gleichmässig über die Länge verteilt und auf eine konzentrierte Verankerung der Vorspannkraft wird verzichtet. Die Vorspannkraft ist in der Mitte, wo sie am meisten benötigt wird, am grössten und gegen aussen abnehmend. Ein analytisches Berechnungsmodel zur Berechnung und Dimensionierung von Balken, welche mit der präsentierten Methode vorgespannt sind, wurde entwickelt. Nummerische Modellierungen mit einem nichtlinearen Materialmodell für Holz bestätigten die Resultate der analytischen Berechnungen und das klar reduzierte Risiko gegenüber Delaminierung. Die Laborversuche beinhalteten eine Parameterstudie sowie die Ermittlung der Bruchlast von vorgespannten Holzbalken mit baupraktischen Abmessungen. Die Tragfähigkeit konnte um ca. 50 % gesteigert werden. Der Beitrag zur vebrauchstauglichkeit war, abhängig vom Gefährdungsbild, bis zu 70 %. Berechnungen zeigten, dass bei der Verwendung von hochmoduligen CFK-Lamellen diese Werte je nach Anforderung und Gefährdungsbild noch höher ausfallen. Das Langzeitverhalten des Verbundquerschnittes wurde analytisch untersucht. Durch das Kriechen des Holzes wird es über die Zeit leicht entlastet und der CFK übernimmt mehr Last. Bei hochmoduligen CFK-Lamellen kann die Kapazität von Holz und CFK vollständig ausgenutzt werden. Die ausführlichen Untersuchungen bewiesen die Effizienz der präsentierten Verstärkungsmethode. Mit dem analytischen Berechnungsmodell können verstärkte Balken sicher dimensioniert und das Langzeitverhalten abgeschätzt werden. KW - Holzbau KW - Sanierung KW - Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff KW - Verbund KW - Vorspannung KW - timber structure KW - reinforcement KW - CFRP KW - prestress KW - composite Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20150916-24566 ER - TY - THES A1 - Lehmann, Steffen T1 - Untersuchungen zur Bewertung von Verbundbauteilen aus Brettstapelelementen im Flächenverbund mit mineralischen Deckschichten T1 - Investigations for the evaluation for bonding behaviour of nail-laminated timber floor elements in surface bond with mineral-bound facing N2 - Zur Verbindung des flächigen 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 günstigeres Biegetragverhalten und verbessert im Vergleich zum reinen Brettstapeldeckenelement dessen Eigenschaften. Für die Steifigkeit und die Tragfähigkeit der Verbundkonstruktion ist die Ausbildung der Verbundfuge, die effektive Übertragung der Schubkraft ausschlaggebend. Die vom Verfasser der Arbeit durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass der Einsatz alternativer Verbundfugenausführungen grundsätzlich möglich ist. Mit diesem Wissen scheint neben dem Einsatz nachgiebiger Verbindungsmittel auch die Heranziehung, Erfassung und Optimierung des Flächen- sowie Reibungsverbundes zwischen flächigen Holzelementen und mineralischen Deckschichten eine effiziente und sichere Fugenausbildung darzustellen. Für weiterreichende und genauere Aussagen, sind neben der versuchstechnischen Abklärung der Wirksamkeit möglicher chemischer als auch mechanischer Modifikationen der Holzoberfläche in der Verbundfuge computergestützte Kurzzeit- sowie auch Langzeituntersuchungen zur Abschätzung der Möglichkeiten und Zuverlässigkeit des Flächenverbundes 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 Gesamtüberblick über das Tragverhalten von hybriden Verbundelementen mit mineralischen Deckschichten und spezieller Oberflächenbehandlung des Holzes gegeben werden. Dabei wirkten sich die Vorteile bei der Nutzung des Flächenverbundes vor allem auf den Gebrauchszustand des Bauteils aus. Die Steifigkeit des Verbundbauteils wurde durch den Flächenverbund erhöht und es wurden damit günstigere Voraussetzungen für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit vor allem bei Spannweiten über 5,0 m erzielt. Die Untersuchungen zeigen die grundlegende Anwendbarkeit für Brettstapel im Flächenverbund mit mineralischen Baustoffen. N2 - Timber-composite elements for buildings combining the favourable load-carrying and surface characteristics of mineral-bound facing and structural timber. The connection between timber and covering layer is of fundamental importance for the stiffness properties and overall performance. Since these systems have been usually realized as timber-concrete composite beams and vertical laminated slabs or revitalization of wooden joists ceilings, metal and groove connectors were usually investigated and used for shear force transfer. Thereby, the separating layer prevented a direct and overall bound. For investigation of the natural adhesion between timber and the covering layer as well as the shear force transfer, different modifications of the timber floor surface (e.g. profiled lamellas) and mineral-bound layer were tested, in fact roughly saws and additionally profiled lamellae of nail-laminated timber elements in combination with accepted mineral-bound layers, for instance concrete, concrete of geopolymer, cement and anhydrite screed. The accomplished tests were completely done without additionally metal connectors and separating layer. Only the natural adhesive bond between timber and applied mineral-bound facing should be sufficient to transfer the shear and tension forces between the layers. An overview of shear, tension and bending tests, performed to examine the load-slip behaviour is given. Based on these numerical simulations and test results the behaviour of natural surface bond is described. KW - Holzbau KW - Hybridbauweise KW - Verbundbauweise KW - Brettstapelbau KW - Betonbau KW - Holzbauteil KW - HBV KW - Flächenverbund KW - Verbunddeckenplatten KW - Langzeittragverhalten KW - Steifigkeit KW - timber KW - timber-concrete composite KW - bond KW - slip-block-test KW - composite elements Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20041216-2479 ER - TY - THES A1 - Meyer, Ulrich T1 - Ein Beitrag zur Bemessung von Holzrahmenbauwänden mit der Methode der Finiten Elemente T1 - A contribution to the calculation of wood-framed shear walls with the finite element method N2 - Gegenstand dieser Arbeit ist es zu zeigen, ob die Anwendung der Methode der Finiten Elemente für 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 Ausführungsdetails erlaubt und · einen Ersatz für 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 für die Bemessung von Ein- und Zweirastertafeln, vor allem für die bautechnische Praxis, keine sinnvolle Alternative zu den in den Normen genannten Berechnungsverfahren dar. Für Ein- und Zweirastersysteme sind die Nachweisverfahren der DIN 1052 bzw. des Eurocode 5 ausreichend. Sie können durch das Berechnungsverfahren nach KESSEL sinnvoll ergänzt werden. Die Drucklastverteilung in den Vertikalrippen wird jedoch nur unzureichend erfasst. Für Konstruktionen wie die in dieser Arbeit untersuchte Mehrrastertafel stehen derzeit keine geeigneten Berechnungsverfahren zur Verfügung. Die Anwendbarkeit der FE-Methode für die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Konstruktionsdetails konnte in dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. Für die FE-Modellbildung von Wandscheiben des Holzrahmenbaus wurden verschiedenen Detaillösungen 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 Veränderungen vornehmen zu können. Insofern stellen Berechnungen mit der FE-Methode eine sinnvolle Ergänzung dar. N2 - The purpose of this doctoral thesis is to find out whether the application of the method of finite elements to the calculation of shear walls in wood-frame constructions will produce results which are correct and, in a generalized form, - can serve to measure constructions - allow to check existing constructions with norm-deviating details of implementation - and provide a substitute for one-to-one experiments on shear walls. The results can be summarized as follows: Under the present conditions the calculation of one-sheet and two-sheet structures using the method of finite elements does not provide a reasonable alternative to the methods of calculation given in the standards, particularly not for the practical purposes of building industry. For one-sheet and two-sheet structures the investigation methods given in DIN 1052 and in Eurocode 5, respectively, are sufficient. They can be supplemented by the calculation methods given in Kessel in a reasonable way. However, the determination of the load distribution on the vertical studs will not be satisfactory. For constructions such as the multi-sheet structures that are examined in this thesis there are at present no suitable methods of calculation available. Furthermore, it was not possible to prove the applicability of the method of finite elements to the checking of existing constructions with norm-deviating details of implementation. For modelling shear walls in wood-frame constructions various details of solutions are presented. It is shown which details of implementation have significant effects on the overall leading capacity of the shear walls. The method of finite elements in the form used in this investigation can serve to prepare experiments on one-to-one models and can provide valuable data indicating the influence of various details of implementation on the overall loading capacity of a shear wall. This will make it possible to change the experimental set-up in a systematic way. In so far, calculations by means of the model of finite elements provide useful supplementary data. T3 - Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau - 4 KW - Holzrahmenbau KW - Holztafelbau KW - Holzrahmenbauwände KW - wood-frame construction KW - wood-framed shear walls Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20050307-4022 ER -