Verbundverhalten von Vollgewindeschrauben in Brettschichtholzbauteilen

Abstract

1 Einführung Das systematische Bewehren von Brettschichtholz mittels Vollgewindeschrauben (VGS) zur Verstärkung und Fügung von Bauteilen stellt sich in der Holzbaupraxis als effiziente und leistungsfähige Konstruktionsmethodik dar. Dabei kommen auch zunehmend Schrauben mit großen In der Konstruktion von filigranen, schlanken Bauteilen aus Holz hat sich deren Bewehrung und Fügung mit selbstbohrenden Vollgewindeschrauben (VGS) als innovative, effektive und praktische Methode erwiesen. In dem mit Schrauben bewehrten Holz kommen selbstbohrende Vollgewindeschrauben großer Baulänge als Bewehrungselemente zum Einsatz. VGS stellen nicht nur ein Befestigungsmittel dar, sondern fungieren aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihrer großen verfügbaren Längen als Basiselement, dessen Verbundeigenschaften mit einer Stahlbetonbewehrung vergleichbar sind. Zur Beschreibung des Verbundverhaltens und der Kraftübertragung bei großen Verbund-und Einbindelängen wurden experimentelle, analytische und numerische Untersuchungen am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen der RWTH Aachen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen wurden im Institut für Bauforschung durchgeführt und umfassen mehr als 160 Pull-Out-Versuche sowie 84 Lasteinleitungsversuche, darüber hinaus Versuche zum Einfluss eines Längsrisses sowie einer eingebetteten Schraubenspitze auf das Verbundtragverhalten. Die parallel durchgeführten numerischen und analytischen Untersuchungen bilden die Basis zur Erstellung von Modellen zur Beschreibung des Tragverhaltens und der Kraftübertragung zwischen Schraube und Holz. Die gewonnenen Kenntnisse ermöglichen die Bestimmung eines wirtschaftlichen und gleichzeitig sicheren Bemessungsansatzes unter besonderer Berücksichtigung der Anisotropie des Holzes. In diesem Beitrag werden die Untersuchungsergebnisse, die im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts ermittelt wurden, dargestellt. Teil 1 behandelt die experimentellen Untersuchungen, Teil 2 die analytischen und numerischen Betrachtungen sowie die Herleitung eines Verbundmodells zur Berechnung der Übertragungslänge.

Wood screw design: influence of thread parameters on the withdrawal capacity

“…The angle varies between 0° (parallel to the fiber) and 90° (normal to the fiber). This influence was shown by Blaß et al (2006) and Ayoubi and Trautz (2015). It is also considered in design procedures such as EN 1995s-1-1 (2010).…”

Das Dehnungs‐ und Tragverhalten von Brettschichtholz beim Lasteintrag durch Vollgewindeschrauben

“…Eine unterschiedliche Modellierung erscheint nicht gerechtfertigt. Insofern kann das Dreiphasenmodell von Ayoubi dennoch für beide Fälle, also für den Lasteintrag in Querrichtung und Parallelrichtung zur Faser herangezogen werden. Etwas abweichend von sind die Phasen durch die typisch auftretenden werkstoffmechanischen Phänomene zu umschreiben:…”

Verbundverhalten von Vollgewindeschrauben in Brettschichtholzbauteilen

“…Aufbauend auf den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen und mithilfe einer Analyse der Versagensbilder der verschiedenen Versuchskörper in Abhängigkeit vom Einschraubwinkel α wurde die Beschreibung der anisotropen Materialeigenschaften mittels eines Lösungsalgorithmus neben dem veränderlichen Elastizitätsmodul in Abhängigkeit vom Winkel α durch die Parameter Flächenanteil A w (zwischen 16 πd 2 und 60 πd 2 ) und Breite b w (zwischen 4 d und 10 d ) der Mantelfläche der Schraube (Bild ) erweitert . Hierbei sind nicht nur die Ergebnisse der Pull‐Out‐Versuche (s. Teil 1 dieses Beitrags ) angesetzt, sondern ebenfalls die gewonnenen Erkenntnisse aus den Sägeschnitten der Versuchskörper.…”

“…Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen sind beispielhaft für vier verschiedene Winkel zur Holzfaserrichtung (0°, 30°, 60°, 90°) und einen Schraubendurchmesser von 12 mm im Bild dargestellt. Die Randbedingungen (Krafteinleitungsfläche und Auflagersituation) wurden entsprechend der Auflagersituationen der Versuchskörper sowie den Verbundlängen der Schrauben aus den Ausziehversuchen (zwischen 15 d und 25 d ) gewählt.…”

“…Hierbei ist für die wirtschaftliche Umsetzung der Bewehrung das Zusammenwirken der Komponenten des Verbundwerkstoffs eine Voraussetzung, welche wiederum den Nachweis der Verankerung der Schrauben verlangt. Diese wurde in Abhängigkeit von der Einbettungslänge der Schraube für unterschiedliche Schraubendurchmesser und Winkel zur Holzfaserrichtung mit systematischen Pull‐Out‐Versuchen erfasst . Durch Lasteinleitungsversuche ließ sich weiterhin das reale Last‐Verformungsverhalten mittels des eingesetzten fotooptischen Messsystems veranschaulichen und Aussagen über die Lastausbreitung im Verankerungsbereich der Schrauben in Abhängigkeit vom Winkel zur Faserrichtung und vom Schraubendurchmesser ermöglichen.…”