In Laubholz eingeklebte Stäbe – experimentelle und numerische Bewertung der Tragfähigkeit

Abstract

Eingeklebte Stäbe stellen eine im Holzbau weit verbreitete geklebte strukturelle Verbindung dar. Bisher konzentrierte sich die gängige Praxis weitgehend auf Nadelholz. Die meisten Strukturklebstoffe sind dementsprechend speziell für die Verarbeitung von Nadelholz, insbesondere Fichte, entwickelt. Der vermehrte Einsatz von Laubholz bzw. Holzwerkstoffen fordert tiefere Erkenntnisse über geklebte Verbindungen mit Laubholz. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über eine umfangreiche Forschungsreihe mit neun Klebstoffen, drei Holzwerkstoffen und vier Arten von Stäben. Die Untersuchungen erfolgten zunächst auf Ebene der Komponenten als vollständige Charakterisierung der Werkstoffe Holz, Klebstoff und Stab. Es folgten großmaßstäbliche Bauteilversuche. Insgesamt wurden 180 Einzelproben getestet. Neben dem experimentellen Teil wurde für den geklebten Anschluss unter Verwendung des probabilistischen Ansatzes ein praxistaugliches Bemessungsmodell für in Laubholz eingeklebte Stäbe unter quasistatischer Belastung entwickelt und validiert. Das Modell lieferte bezogen auf die experimentell ermittelten Bruchlasten Ergebnisse mit einer Genauigkeit von –1 ± 9 % (über alle Materialkombinationen gemittelt). Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Querzugfestigkeit des Holzes sogar mehr als die Schubfestigkeit auf die Tragfähigkeit des geklebten Anschlusses einwirkt, während die Längszugfestigkeit eine untergeordnete Rolle spielt.

In Brettsperrholz eingeklebte Stahlgewindestäbe – Experimente, numerische Simulation und Traglastbestimmung

“…Weil Ingenieure in Begriffen wie Spannungen und Festigkeit denken und arbeiten, bietet die PM eine anschaulichere theoretische Erweiterung [16] des im Holzbau üblichen Spannungsnachweises, wie Grunwald et al [6, 7, 27] gezeigt haben. Zur Umsetzung von PM‐basierten Methoden reicht es im Prinzip, die Bruchkriterien der beteiligten Werkstoffe [28–30] sowie deren statistische Eigenschaften zu kennen.…”

“…Trotz der großen Streuung in den Tragfähigkeiten, welche auf die verschiedenen Werkstoffe in den jeweiligen Studien zurückzuführen ist, ist gut erkennbar, dass bei paralleler Anordnung der Stäbe τ U mit zunehmendem λ tendenziell abnimmt. Dieses Verhalten ist für Stäbe in BSH gut dokumentiert [6, 11, 31]. Bei den ⊥‐Stäben ist dies umgekehrt; die mittlere Schubfestigkeit nimmt mit λ tendenziell eher zu [31].…”

“…Das Prinzip ist denkbar einfach, ein Stab wird in ein vorgebohrtes Loch einge klebt [4,5]. Wurden zuerst nur einzelne Stahlgewinde stäbe in Nadelholz eingeklebt, erweiterte sich das Spek trum der Anwendungen auf andere Stabtypen wie Stahl bewehrungsstäbe [6] und Faserverbundwerkstoffe [7,8] und andere zu verbindende Materialen wie Laubholz, BSH und Furnierschichtholz [7,[9][10][11][12].…”

“…In den von Sofi et al [37] beschriebenen Versuchen wur den M12-4.6Gewindestangen (Zugfestigkeit 400 MPa, Streckgrenze 240 MPa) mithilfe eines 2KEpoxidharzes Experimental results reported by Tannert et al [39] Quelle: Fraunhofer IFAM Bild 6 Versagensmodi in den Versuchen von Ayansola et al [42] Typical failure modes reported by Ayansola et al [42] Quelle: University of Northern British Columbia [6,11,31]. Bei den ⊥Stäben ist dies umge kehrt; die mittlere Schubfestigkeit nimmt mit λ tenden ziell eher zu [31].…”

“…Es ist daher kaum verwunderlich, dass viele Ingenieure nur ein "lauwarmes Interesse für die BM zeigen"[26]. Die Komplexität der BM wird im Holz bau durch die Orthotropie des Werkstoffs verstärkt, für BSP müssten zusätzlich noch die lagenweise Anordnung der einzelnen Lamellen und ihre Grenzflächen mit be trachtet werden.Weil Ingenieure in Begriffen wie Spannungen und Festig keit denken und arbeiten, bietet die PM eine anschauli chere theoretische Erweiterung[16] des im Holzbau übli chen Spannungsnachweises, wie Grunwald et al[6,7,27] Bild 1 Ergebnisse von Azinovic ´ et al[31] Experimental results reported by Azinovic ´ et al[31] (Techniglue R60)[38] in 105 × 105 mm 2 BSPQuerschnit te (3× 35 mm Lagen Kiefer, Pinus radiata) mit einer Kleb schichtdicke von 1 mm eingeklebt. Alle Versuche wurden unter Laborbedingungen weggesteuert (2 mm/min) durchgeführt.…”