Forschungsprojekte aus der Industriellen ... - iVTH

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Forschungsprojekte aus der
Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
Ein Einblick
14898 N
Schubverstärkung von Holz mit Holzschrauben und Gewindestangen
Laufzeit: 01.08.06 – 30.04.10
Forschungsstelle:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT),
Lehrstuhl für Ingenieurholzbau und Baukonstruktionen
Eine wirkungsvolle Methode zur Erhöhung der
Schubtragfähigkeit mit innen liegenden Verstärkungselementen
gibt es im Ingenieurholzbau
bislang nicht. Bei anderen Baustoffen wie beispielsweise
im Massivbau sind Schubverstärkungen
von Bauteilen hingegen gängige Praxis.
Durch eine geeignete Schubverstärkung ist es
möglich, die Schubtragfähigkeit von Bauteilen
zu erhöhen und damit größere Querkräfte zu
übertragen. Selbstbohrende Holzschrauben
und Gewindestangen mit einem Gewinde nach
DIN 7998 eignen sich aufgrund ihrer hohen
axialen Verbundsteifigkeit zur Verstärkung
schubbeanspruchter Bauteile.
Bei richtiger Anordnung entlasten die Verstärkungselemente
das Holz und bewirken gleichzeitig
Querdruckspannungen, die aufgrund der
Interaktion von Schub- und Querspannungen die
Schubfestigkeit lokal im Bereich der Verstärkungselemente
erhöhen. Hierzu müssen die Verstärkungsmittel
geneigt unter 45° zur Faserrichtung
iVTH-Bericht
2009/10
angeordnet werden und durch axiale Zugkräfte
beansprucht werden.
Unter Berücksichtigung der Schub-Querspannungsinteraktion
und des Verbundverhaltens
von Verstärkungselementen im Holz wurde ein
Rechenmodell zur Simulation des Tragverhaltens
schubverstärkter Träger entwickelt. Numerische
Berechnungen wurden für unterschiedliche
Verstärkungsmittelanordnungen durchgeführt
und daraus optimierte Anordnungen ermittelt.
Durch Versuche mit schubverstärkten Trägern
wurden die Ergebnisse der numerischen
Simulation überprüft und die Wirksamkeit von
Schubverstärkungen nachgewiesen. Steigerungen
der Schubtragfähigkeit von über 30 % sind bei
einer optimierten Anordnung der Verstärkungselemente
möglich.
Weiterhin wurde die Sanierung von unverstärkten
Trägern nach dem Schubversagen untersucht.
Neben Vollgewindeschrauben und Gewindestangen
wurden hierzu auch eingeklebte Stahlstäbe
verwendet. Bei ausreichender Schubkraftdeckung
durch die Verstärkungselemente in der
Schubbruchfuge konnte die Ausgangstragfähigkeit
der Träger wieder erreicht werden.
Abbildungen: Schubverstärkte Träger im Modell und im Prüfstand