J. Schänzlin R. Hofmann Holzbau 1 Verifikation von rheologischen Modellen des Holzes Kriechen von Holz wird i.d.R. nur bei der Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit der Bauteile berücksichtigt, obwohl bei Verbundkonstruktionen oder druckbeanspruchten Bauteilen die Tragfähigkeit des Systems durchaus beeinflusst wird. Es wurden bereits verschiedene rheologische Modelle entwickelt, die das Kriechen unter Berücksichtigung der maßgebenden Faktoren wie z.B. absolute Feuchte, Feuchteänderungen, Lastgeschichte und Lastniveau bestimmen. Werden mit diesen Modellen Vergleichsberechnungen über lange Zeiträume durchgeführt, zeigt sich, dass sowohl qualitativ als auch quantitativ deutliche Unterschiede in den Ergebnissen auftreten, da z.B. in einigen Modellen die einzelnen Anteile der Kriechverformung ihre eigene Kriechgrenze erreichen, während bei anderen Modellen die gesamte Dehnung begrenzt ist. Um ein zutreffendes Modell über einen Zeitraum von 5-7 Jahren hinaus erstellen zu können, wurden die Verformungen an Dachtragwerken von nicht beheizten Gebäuden aufgenommen, die in einem Zeitraum zwischen 1950 und 1980 errichtet worden sind. Die Ergebnisse der Messungen wurden mit den Berechnungen der einzelnen bestehenden Modelle verglichen. Hieraus wurde ein Modell für das Langzeitverhalten des Holzes im süddeutschen Raum entwickelt. Ansprechpartner: Dr.-Ing. habil. Jörg Schänzlin Freiburg - Messung der Verformung des Dachtragwerks Untersuchte Trägerform Torsionsmoment aus Kippstabilisierung Der gabelgelagerte Einfeldträger mit Kippstabilisierung des Obergurts durch einen Horizontalverband ist im Holzbau eine weitverbreitete Bauweise. Das auftretende Torsionsmoment im Auflager dieser Träger verursacht in der Bemessungspraxis jedoch bisweilen Schwierigkeiten. Im Rahmen einer Parameterstudie wurden numerische Berechnungen durchgeführt, deren Ergebnisse eine Abhängigkeit des Torsionsmoments im Querschnitt am Auflager von der einwirkenden Last am Obergurt, sowie der Trägerlänge, der Breite und der Höhe des Querschnitts aufwiesen. Um das räumliche Tragverhalten kippgefährdeter Biegeträger weiterhin wie ein ebenes Problem nach dem Ersatzstabverfahren behandeln zu können, wurde durch die numerische Untersuchung des Torsionsmoments an kippgefährdeten Trägern variabler Höhe ein Näherungsansatz formuliert, mit dem eine einfache und zuverlässige Bestimmung des Torsionsmoments unter Berücksichtigung aussteifender Verbände als Effekt aus Biegetorsionstheorie II. Ordnung, ohne eine computergestützte Berechnung der Schnittgrößen möglich ist. Danksagung: Dieses IGF-Vorhaben des Internationalen Vereins für Technische Holzfragen e.V. (iVTH) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Reiner Hofmann Bsp. aufgeführter gabelgelagerter BSH-Träger 4-Punkt-Biegeversuch zur Bestimmung der Rotationskapazität Auswahl untersuchter Trägerformen Langzeitverhalten kippgefährdeter Brettschichtholzträger Mit dem Bestreben, immer schlanker zu bauen, wird der Nachweis des Kippens für die Dimensionierung schlanker BSH-Träger bedeutender. Um den Einfluss des Langzeitverhaltens auf kippgefährdete Biegeträger zu erfassen, wurde ein numerisches Modell entwickelt, das die Biegetorsionstheorie II. Ordnung mit Modellen zur Beschreibung des rheologischen Verhaltens von Holz koppelt. Mit Hilfe dieses Modells wurden Parameterstudien durchgeführt, um die verschiedenen Einflussfaktoren auf die Tragfähigkeit von kippgefährdeten Biegeträgern zu erfassen. Die bisherigen Modellrechnungen weisen eine deutliche Abhängigkeit des Verhaltens von der Schlankheit des kippgefährdeten Biegeträgers auf. Für Kippschlankheiten l < 0,75 sind die Einflüsse der zeitabhängigen Verformungen unter konstanten Feuchteverhältnissen und der damit verbundenen Spannungszunahme so gering, dass sie in der Bemessungspraxis nicht berücksichtigt werden müssen. Für Kippschlankheiten l > 0,75 ist in Abhängigkeit des ständigen Lastanteils an der Gesamtlast eine Auswirkung auf den Kippbeiwert kcrit zu verzeichnen. Bei einem 70%-igen Anteil der ständigen Last an der Gesamtlast zeigten sich dabei in den bisher durchgeführten Modellrechnungen deutliche Auswirkungen auf die Kippstabilität, die zu einer Reduzierung des Kippbeiwerts kcrit um bis 50% führen. Danksagung: Wir danken dem Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) für die Förderung dieses Forschungsprojekts. Ansprechpartner: Dipl.- Ing. Reiner Hofmann Institut für Konstruktion und Entwurf Schwerpunkte: Stahl-, Holz- und Verbundbau Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann Schnittkräfte und Verformungen infolge Biegedrillknickens Kippbeiwerte unter Berücksichtigung des Langzeitverhaltens 7 J. Postupka J. Leichtle R. Hofmann F. Brühl Holzbau 2 Sichere Auslegung von Horizontalverbänden Bedingt durch ihre Schlankheit sind weitgespannte Holzträger biegedrillknickgefährdet, so dass sie horizontal mit einem Dachverband gestützt werden. Die dadurch auftretenden Stabilisierungslasten auf den Horizontalverband wurden mit einem am Institut entstandenen Computerprogramm nach Biegetorsionstheorie II. Ordnung iterativ für parallelgurtige Binder und Satteldachbinder mit 3 seitlichen Stützungen berechnet. Im Rahmen einer Parameterstudie wurden Querschnittswerte des Biegeträgers und Abmessungen des Horizontalverbands variiert, um Einflussfaktoren auf die Stützungssteifigkeit und die auftretenden Stabilisierungslasten zu erfassen. Durch die sinusförmige Vorkrümmung des Biegeträgers entstehen in der Mitte des Horizontalverbands im Vergleich zu den Stützungen in den äußeren Viertelspunkten größere einwirken- de Stabilisierungskräfte, die von der gleichmäßig verteilten Lastabschätzung nach DIN EN 1995 abweichen. Zur Auslegung der Horizontalverbandskonstruktionen wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens eine Aufteilung der Horizontallasten mittels eines Verhältniswerts Kv, in Abhängigkeit der Trägerschlankheit, der Trägerhöhe und der Trägerlänge hergeleitet, der die Horizontalkräfte anteilsmäßig auf 3 Stützungspunkte verteilt. Danksagung: Wir danken dem Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) für die Förderung dieses Forschungsprojekts. Ansprechpartner: Dipl. -Ing. Reiner Hofmann Dipl.- Ing. Johannes Leichtle Durch Horizontalverband seitlich gestützter Biegeträger Berechnete Stabilisierungslasten auf den Horizontalverband Duktile Verbindungen im Holzbau Die Bemessung von Holztragwerken erfolgt derzeit rein elastisch, d.h. elastisch ermittelte Spannungen werden mit den Grenzspannungen verglichen. Gelingt es, das plastische Verhalten von stiftförmigen Verbindungsmitteln innerhalb eines Tragwerks zu aktivieren, können dem Holzbau in der Tragwerksplanung neue Perspektiven eröffnet werden. Unter Einhaltung bestimmter Grundbedingungen (z.B. Sicherung gegen Spalten, Einhaltung bestimmter Einbindelängen) weisen solche Verbindungen ein beachtliches duktiles Verformungsverhalten auf. Damit ergibt sich prinzipiell die Möglichkeit, durch die Verwendung derartiger Verbindungsmittel Fließgelenke an den Verbindungspunkten einzelner Bauteile herzustellen. Da Holz aufgrund seiner Materialeigenschaften nur unter einer Druckbelastung ein Plastizieren zulässt, muss das Zusammenwirken des gesam- ten Anschlusses untersucht werden. Hierfür sind neben Untersuchungen des Einflusses der natürlichen Materialstreuung des Werkstoffes Holz auf die Verbindungsmitteltragfähigkeit ebenfalls Untersuchungen zu deren Einfluss auf das Verformungsverhalten einzelner Anschlusskomponenten notwendig. Anhand von durchgeführten Versuchen konnte gezeigt werden, dass nicht nur Verbindungsmittel über ein ausgeprägtes plastisches Verhalten verfügen, sondern ganze Anschlüsse eine beachtliche Rotationskapazität besitzen. Danksagung: Dieses IGF-Vorhaben des iVTH wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom BMWi gefördert. Ansprechpartner: M.Sc. Julius Postupka Dipl.-Ing. Frank Brühl 4-Punkt-Biegeversuch 4-Punkt-Biegeversuch zur Bestimmung der Rotationskapazität Momenten-Rotationsbeziehung Duktile Verbindungen im Holzbau unter einer Erdbebenbelastung Das Verhalten einer Holzkonstruktion unter Erdbebenbeanspruchung wird maßgeblich von dem Trag- und Verformungsverhalten der Anschlüsse bestimmt. Unter einer wechselnden Beanspruchung müssen Verbindungen in der Lage sein, große Verformungen zuzulassen ohne einen nennenswerten Abfall der Tragfähigkeit zu erfahren. Hierbei besitzen duktile Anschüsse die Fähigkeit, die durch ein Erdbeben zugeführte Energie durch Formänderungsarbeit in den Schwingungszyklen zu dissipieren. Um das duktile Verhalten von Verbindungsmitteln unter einer wechselnden Beanspruchung zu untersuchen, wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens quasi-statisch zyklische Versuche durchgeführt. Basierend auf den Versuchen und unter Verwendung des Komponentenmodells wurde eine Stützeneinspannung entworfen und in einem Rahmentragwerk implementiert. Mithilfe eines auf der Finiten Elemente Methode basierenden Computerprogramms wurde für verschiedene Erdbebenszenarien der Verhaltensbeiwert q ermittelt. Dieser beschreibt die plastischen Verformungseigenschaften des Tragwerks sowie die Energiedissipation der Verbindungsmittel. Für dieses Rahmentragwerk konnten größere Verhaltensbeiwerte ermittelt werden, als sie derzeit in den Normen vorgeschlagen werden. Danksagung: Wir danken dem Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) für die Förderung dieses Forschungsprojekts. Ansprechpartner: M.Sc. Julius Postupka Dipl.- Ing. Frank Brühl Institut für Konstruktion und Entwurf Schwerpunkte: Stahl-, Holz- und Verbundbau Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann Untersuchter Rahmen Momenten-Verdrehungsbeziehung 8
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