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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Klingsch, Eike; Klippel, Michael; Boccadoro, Lorenzo; Frangi, Andrea; Fontana, MarioBrandverhalten von Holz-Beton-Verbunddecken aus BuchenholzBautechnik5/2015323-329Aufsätze

Kurzfassung

Am Institut für Baustatik und Konstruktion (IBK) der ETH Zürich wurde das Brandverhalten von Holz-Beton-Verbunddecken aus Buchenholz untersucht. Die Verbunddecke besteht aus dünnen Furnierschichtholzplatten (Dicke 40 mm bzw. 80 mm) aus Buche (BauBuche) und einer darüberliegenden Betonschicht (Dicke 160 mm bzw. 120 mm). Die Furnierschichtholzplatten übernehmen sowohl die Funktion der Schalung als auch der Bewehrung. Dieses neuartige Deckensystem wurde im ETH House of Natural Resources an der ETH Zürich weltweit erstmals umgesetzt. Der Artikel fasst die Ergebnisse von zwei großmaßstäblichen Brandversuchen an belasteten Holz-Beton-Verbunddecken zusammen, die einem ISO-Normbrand ausgesetzt wurden. Beide Brandversuche zeigen, dass die im Brandfall untersuchten Holz-Beton-Verbunddecken die tragende und brandabschnittsbildende Funktion über 90 min bzw. 60 min sicherstellen.

Fire behaviour of timber-concrete composite slabs using beech
At the Institute of Structural Engineering of the ETH Zurich, the fire behaviour of timber-concrete composite slabs made with beech LVL was investigated. This composite slab is made of a thin plate (depth: 40 mm or 80 mm) using beech laminated veneer lumber (LVL) (BauBuche) and a concrete layer on top (depth: 160 mm or 120 mm). The beech plate acts as both formwork and as tensile reinforcement. This innovative slab system was implemented for the first time in the ETH House of Natural Resources at ETH Zurich. This paper summarizes the results of two large-scale fire tests on loaded timber-concrete composite slabs exposed to standard ISO fire. Both fire tests show that the timber-concrete composite slab using beech LVL reaches sufficient fire resistance and integrity for 90 min and 60 min, respectively.

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Moosbrugger, Thomas; Bogensperger, Thomas; Krenn, HaraldBemessungsdiagramme für den biegebeanspruchten Stab im Holzbau - Teil 2: Deckentragwerke mit inhomogenem StabquerschnittBautechnik4/2015283-294Aufsätze

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden, aufbauend auf die Bemessungsdiagramme für einen Biegeträger einer Dachkonstruktion mit homogenem Stabquerschnitt [1], die Erweiterung um den inhomogenen Stabquerschnitt (geschichteter Verbundquerschnitt) sowie die Implementierung der Schwingungsnachweise gezeigt. Während bei den Bemessungsdiagrammen für den homogenen Stabquerschnitt sowohl die ULS- als auch die SLS-Nachweise von Relevanz waren, treten bei Erweiterung um die Schwingungsnachweise sowie aufgrund der Einflüsse des inhomogenen Querschnittsaufbaues vorrangig die SLS-Nachweise auf. Das Schwingungsverhalten von Deckentragwerken wird wesentlich durch die Lagerungsbedingungen beeinflusst. Die Einspanneffekte im Bereich des Anschlussdetails Wand-Decke zufolge der Geschossauflasten werden bei der Bestimmung der Eigenfrequenz berücksichtigt.

Design charts for a single spanned timber beam under bending - Part 2: Floor structures with inhomogeneous beam cross-section
This paper presents an application of design charts for inhomogeneous cross-sections (layered composite section) and the implementation of vibration design criteria as extension of the charts for beams with homogeneous cross-sections in roof-structures according to selected European Design Standards published in [1]. While ULS and SLS criteria were nearly equally governing for the homogeneous cross-section, mainly SLS criteria are now governing due to the extension with vibrations and the influences of the inhomogeneous cross-sections. The vibrational behavior of floors is essentially influenced by the support conditions. Effects of moment restraints at the wall-floor-wall detail, activated by wall-loads from stories above, are systematically being taken into account.

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Schanack, Frank; Ramos, Óscar Ramón; Osman, Juan Pablo; Oyarzún, PabloA contribution to understanding the influence of concrete cracking on timber concrete composite bridge beamsBautechnik2/2015105-110Aufsätze

Kurzfassung

Despite of widely implemented advances in TCC bridge technology, there are still no satisfying design recommendations that consider the influence of concrete cracking on the distribution of forces and deformation. A research project at Universidad Austral de Chile studied several aspects of concrete cracking in TCC bridges with timber beams of greater depth than width using elastic dowel-type shear connectors. One of the results of concrete cracking is a reduction of the slip modulus of the connectors. This weakening was simulated in shear tests by a small gap between the timber and the concrete. A test calibrated FEM model was used for a parametric study of 120 different cases, most of which did not show concrete cracking. Where concrete cracking occurred, it caused an increase in the timber tensile stresses and beam deflection of up to 20 %. We conclude that concrete cracking occurs when the timber-concrete depth ratio is less than four times the cubic root of the effective flange width of the concrete slab.

Beitrag zur Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung im Beton in Holz-Beton-Verbundbrücken
Trotz des hohen Entwicklungsstands der Holzverbundbrückentechnologie, fehlen ausreichende Entwurfsgrundlagen für die Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung auf die Schnittkraft- und Verformungsverteilung. Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universidad Austral de Chile werden verschieden Aspekte der Rissbildung in Holzverbundbrücken mit Holzbalken mit größerer Höhe als Breite und elastischen stiftförmigen Verbindungsmitteln untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Rissbildung auf den Schubmodul del Verbindungsmittel auswirkt. Dieser Einfluss wurde in Scherversuchen durch einen kleinen Spalt zwischen Holz und Beton simuliert. Anhand eines mit Versuchen kalibrierten FEM-Modells wurden eine Parameterstudie mit 120 verschieden Fälle durchgeführt. In den meisten Fällen tritt keine Rissbildung auf. Wenn es zu Rissbildung kommt, vergrössern sich die Holzzugspannungen und die Durchbiegung um bis zu 20 %. Wir stellen fest, dass Rissbildung auftritt, wenn das Bauhöhenverhältniss von Holz und Beton kleiner als die vierfache Kubikwurzel der mitwirkenden Plattenbreite der Betonplatte ist.

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Niemz, Peter; Ozyhar, Tomasz; Hering, Stefan; Sonderegger, WalterZur Orthotropie der physikalisch-mechanischen Eigenschaften von RotbuchenholzBautechnik1/20153-8Aufsätze

Kurzfassung

Zunehmend wird versucht, Laubholz im Bauwesen einzusetzen, um größere Mengen stofflich zu verwerten und gleichzeitig die im Vergleich zum Nadelholz verbesserten mechanischen Eigenschaften des Laubholzes konstruktiv zu nutzen. Für die teilweise dazu erforderlichen Berechnungen der Verformung von Platten oder auch von Spannungen in Brettschichtholz (z. B. Vorausberechnung von eventuellen Delaminierungen oder der Alterung von Klebverbindungen) ist die Kenntnis der richtungsabhängigen Kennwerte des Holzes in den Hauptachsen längs, radial und tangential erforderlich. Dies betrifft die elastischen Kennwerte (E-Modul, Schubmodul, Querdehnzahl), die Festigkeiten (auf Zug, Druck, Biegung und Scherung) und auch die Kennwerte für den Feuchte- und Wärmetransport (Diffusionskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit). Für alle Kennwerte ist zudem die Kenntnis der Abhängigkeit von der Holzfeuchte und der Zeit notwendig. Ausgewählte Parameter für die Richtungs- und Feuchteabhängigkeit bei Rotbuchenholz werden für E-Modul, Schubmodul und Querdehnzahl sowie die Wärmeleitfähigkeit und die Diffusionskonstante vorgestellt. Die Ergebnisse fassen an der ETH Zürich, Arbeitsgruppe Holzphysik, durchgeführte Arbeiten zur Thematik zusammen.

The orthotropic behaviour of the physical-mechanical properties of European beech wood
Hardwood is tried to be increasingly established in building industry in order to realise a larger material output and to take at once into account the structural advantage of the improved mechanical properties of hardwood in comparison to softwood. For the partially required calculations therefore of stress and strain in boards and glued-laminated timbers (for example prognosis of potential delamination and aging of glued joints), it is essential to know the directional specific values of wood in the directions longitudinal, radial and tangential. This concerns the elastic specific values (YOUNG's modulus, shear modulus, POISSON's ratio), the specific values of strength (tension, compression, bending, shear) and also these of mass and heat flux (diffusion coefficient, thermal conductivity). Additionally, it is necessary to know the dependencies from moisture and duration for all specific values. Selected parameters for European beech wood will be presented concerning the dependencies of YOUNG's modulus, shear modulus, POISSON's ratio, thermal conductivity and diffusion coefficient from direction and moisture. The results summarize investigations on this topic realised at the Wood Physics Group of ETH Zurich.

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Enders-Comberg, Markus; Frese, Matthias; Blaß, Hans JoachimBuchenfurnierschichtholz für Fachwerkträger und verstärktes BrettschichtholzBautechnik1/20159-17Aufsätze

Kurzfassung

Mit Buchenfurnierschichtholz (Buchen-FSH) gibt es für den Ingenieurholzbau seit einem Jahr einen neuen Holzwerkstoff. In Abhängigkeit von der Ausrichtung der Schälfurniere in der geschichteten Struktur sind charakteristische Zugfestigkeiten von bis zu 70 N/mm2 in Haupt- und bis zu 17 N/mm2 in Querrichtung bauaufsichtlich festgelegt. Ein Material mit diesen Festigkeitswerten eröffnet neue konstruktive Möglichkeiten. Der Aufsatz berichtet über gezielte Untersuchungen an Anschlüssen für Fachwerkträger aus Buchen-FSH und Verstärkungen von Fichtenbrettschichtholz mit keilgezinkten Lamellen aus Buchen-FSH. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Fachwerkträgern die überdurchschnittlich hohen Materialfestigkeiten aufgrund der limitierenden Wirkung von Anschlusstragfähigkeiten fallweise nicht voll ausgenutzt werden können. Es bleibt Raum für die Entwicklung von leistungsfähigen FSH-spezifischen Anschlusslösungen. In der Funktion als Verstärkung für Brettschichtholz können Buchen-FSH-Lamellen zu einer signifikanten Steigerung der Biegefestigkeit beitragen. Experimentelle Nachweise hierzu stehen noch aus.

Beech LVL for trusses and reinforced glulam
Beech LVL is an engineered wood product for timber structures; it is available for one year. Depending on the orientation of the veneers in the material, characteristic tensile strengths of up to 70 N/mm2 in main and 17 N/mm2 in transversal direction are defined in the corresponding technical approval. A material having such strength properties opens new structural possibilities. The paper reports purposive investigations on joints for truss girders made of beech LVL and on glulam reinforcements made of finger jointed beech LVL laminations. Regarding truss girders, the results demonstrate that the high material strengths cannot always be used due to the limiting effect of the joint capacities. Hence, opportunities remain for the development of efficient LVL specific joint solutions. Beech LVL laminations as glulam reinforcement may contribute to a significant strength increase. However, corresponding experimental verifications are still pending.

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Moosbrugger, Thomas; Krenn, Harald; Bogensperger, ThomasBemessungsdiagramme für den biegebeanspruchten Stab im Holzbau - Teil 1: Dachträger mit homogenem StabquerschnittBautechnik1/201518-27Aufsätze

Kurzfassung

Im vorliegenden Aufsatz werden Bemessungstafeln zur Vorbemessung von Bauteilen aus Holz - Ermittlung der erforderlichen Querschnittshöhe - in Abhängigkeit definierter Eingangsparameter (Einwirkungen, Geometrie, Systemdefinitionen, Materialeigenschaften) vorgestellt. Eine allgemeingültige Aussage, welcher ULS- bzw. SLS-Nachweis die relevante Bemessungssituation für die Dimensionierung eines Bauteiles widerspiegelt, kann aufgrund der Vielzahl an Einflussparametern, wie z. B. der Materialkennwerte, der Trägerspannweite und der Belastung, a priori nicht eindeutig getätigt werden. Für die effiziente Vorbemessung gemäß ÖNORM EN 1995-1-1 [1] liegen bis dato keinerlei nutzbare Bemessungsdiagramme für biegebeanspruchte Stäbe mit wissenschaftlicher Aussagekraft vor.

Design charts for a single spanned timber beam under bending - Part 1: Roof beam with a homogeneous rectangular beam cross-section
In the presented paper design charts for the preliminary design of components made of timber (determination of the required cross-sectional height) are shown. The charts are given as functions of several defined input parameters like loads, system geometry and material behavior. A generally valid statement, which kind of verification (ULS or SLS) reflects the relevant design situation for the design of a timber component is not possible. This may occur due to numerous influencing parameters. Currently no design charts for the efficient preliminary design according to ÖNORM EN 1995-1-1 [1] are available.

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Haller, Peer; Heiduschke, Andreas; Putzger, Robert; Hartig, JensKunstharzpressholz zur Verstärkung von BrettschichtholzBautechnik1/201528-35Aufsätze

Kurzfassung

Es wurden Biegeträger aus Brettschichtholz (BSH) untersucht, die zur Erhöhung der Tragfähigkeit und der Dauerhaftigkeit auf der Zug- und wahlweise auf der Druckseite mit Kunstharzpressholz (KHP) verstärkt wurden. KHP ist ein Holzwerkstoff, der aus phenolharzgetränkten Furnieren der Rotbuche (Fagus sylvatica) besteht. KHP weist einen Elastizitätsmodul von über 20000 N/mm2 und eine Biegefestigkeit von 200 N/mm2 auf, was gegenüber den entsprechenden Werten von BSH GL24h eine Verdopplung bzw. Verdreifachung bedeutet. Die Verstärkung von Biegeträgern aus GL24h erbrachte bei sonst gleichen Querschnitten mehr als eine Verdopplung der Tragfähigkeit; die Steifigkeit erhöhte sich um etwa ein Drittel. Außerdem wurde der Verbund zwischen BSH und KHP abwechselnd befeuchtet und getrocknet, um die Dauerhaftigkeit zu testen. Teilweise getränktes KHP nahm viel Feuchtigkeit auf und quoll stark, jedoch weniger als unbehandelte Rotbuche. Dieser Werkstoff ist daher nur für die Nutzungsklassen 1 und 2 geeignet. Vollständig getränktes KHP hingegen nahm kaum Feuchtigkeit auf und quoll nur wenig, sodass es sich ebenso für die Nutzungsklasse 3 empfiehlt.

Compressed laminated wood for the strengthening of glued laminated timber
Glued laminated timber girders were investigated, which were strengthened with compressed laminated wood at the tension lamella and optionally also at the compression lamella to increase load-bearing capacity and stiffness. Compressed laminated wood is a wood composite consisting of beech (Fagus sylvatica) veneers, which are impregnated with phenol-resorcin resin. Compressed laminated wood possesses a YOUNG's modulus of more than 20000 N/mm2 and a bending strength of more than 200 N/mm2, which is compared to glued laminated timber GL24h a doubling and a tripling, respectively. The strengthening of the GL24h girders with compressed laminated wood led to a doubling of the bending capacity and to an increase of stiffness of about one third compared to plain GL24h girders with the same cross section. Moreover, the joint of glued laminated timber and compressed laminated wood was exposed to wetting-drying cycles to investigate the durability. Partly impregnated compressed laminated wood absorbed a lot of moisture and swelled heavily, but still less than plain beech wood. Thus, this material is only recommendable for the service classes 1 and 2. Completely impregnated compressed laminated wood showed only very low moisture uptake and swelling and can be applied also in service class 3.

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Bogensperger, Thomas; Silly, GregorZweiachsige Lastabtragung von BrettsperrholzplattenBautechnik10/2014742-752Aufsätze

Kurzfassung

Bauen mit massiven Brettsperrholzelementen (BSP-Elementen) gewann in den letzten Jahren an Bedeutung. Beginnend mit dem Einfamilienhausbau vor mehr als 15 Jahren wurden und werden mittlerweile immer größere Bauaufgaben angedacht und realisiert. Als Beispiele der aktuell größten Bauwerke in der Holz-Massivbauweise können der Murray Grove Tower und das Bridboard House - 2008 bzw. 2010 in London errichtet - angeführt werden. Die jeweils achtgeschossigen Bauwerke wurden komplett mit dem noch “jungen” Baustoff Brettsperrholz (BSP) realisiert.
Traditionell erfolgt die Berechnung von Deckenelementen aus BSP als einachsig gespannter Plattenstreifen. Damit kann allerdings nur die Haupttragrichtung der orthotrop wirkenden BSP-Platte erfasst werden. Um auch die Nebentragrichtung für die Bemessung zu nutzen, werden im vorliegenden Beitrag sämtliche Steifigkeitskennwerte von BSP-Platten erläutert. Damit können auch Sonderfälle wie Deckenaussparungen oder punktgestützte Platten, welche eine 2D-Plattenberechnung nach der orthotropen, schubnachgiebigen Plattentheorie (REISSNER-MINDLIN) erfordern, untersucht werden.

Two-axial load transfer of Cross-Laminated-Timber plates
In the last years building activity with solid Cross Laminated Timber (CLT) elements gained remarkable relevance. Starting with single family houses over 15 years ago medium and large sized building construction jobs are analysed and solved in the meantime. Two examples for large multi-storey houses with eight floors each, erected completely with CLT, can be cited here: on the one hand the Murray Grove Tower (2008) and on the other hand the Bridboard House (2010) - both realized in London. Structural design of these CLT-plates is performed traditionally as simply supported uniaxial plate. Only the stronger, more important main direction of CLT-plates, which is defined as the orientation of the outer layers, is treated by this assumption. In order to include the minor important orthogonal direction of CLT in a two dimensional plate theory all plate stiffness coefficients of CLT-plates are illustrated and discussed in the present paper. Consequently special cases as large cutouts in CLT-plates and column supported CLT-plates can be treated with the well known REISSNER-MINDLIN plate theory, which includes deformation due to bending and shear.

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Fadai, Alireza; Winter, WolfgangRessourceneffiziente Konstruktionen in Holzleichtbeton-VerbundbauweiseBautechnik10/2014753-763Aufsätze

Kurzfassung

In den laufenden Forschungsprojekten des Fachbereichs “Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau” (kurz ITI) der Technischen Universität Wien (TU Wien) werden industriell erzeugte, schon seit Jahrzehnten bekannte Holzleichtbeton-Produkte, in denen organische Zuschlagsstoffe wie Hackschnitzel, Sägemehl, Holzwolle, etc. in Verbindung mit anorganischen Bindemitteln verwendet werden, als schubbeanspruchte Zwischenlage eingesetzt. Die Forschungsprojekte setzten sich zum Ziel, im Sinne der Entwicklung eines CO2-neutralen Gebäudesektors wirtschaftlich umsetzbare, emissions- und energieoptimierte Wand- und Deckensysteme in Holzleichtbeton-Verbundbauweise zu entwickeln und diese an Demonstrationsgebäuden (Neubau und Sanierung) umzusetzen. Bei den entwickelten Systemen werden Holzelemente verschiedener Bauart mit tragenden Holzleichtbeton-Elementen kombiniert. Angestrebt werden Wand- und Deckenbauteile mit guter Verbundwirkung sowie optimaler Zuordnung der Materialien entsprechend den Beanspruchungszonen im Verbundquerschnitt bei gleichzeitiger Berücksichtigung der bauphysikalischen Erfordernisse.
Die bisherigen Erfahrungen im ressourcenschonenden Bauen zeigen, dass der konstruktive Holzleichtbeton (HLB) in diesem Bereich eine Reihe interessanter Optionen aufweist [1]. Daher ist es vordringliches Ziel der Forschungsprojekte, aufbauend auf vorhandenen Grundlagen die Kenntnisse von wesentlichen Parametern der Materialeigenschaften zu erweitern.
Der vorliegende Beitrag wird nach einer Analyse der bisherigen Entwicklungen aufzeigen, wo technische Möglichkeiten bestehen, die verschiedenen Rohstoffketten über Verbundmaterialien zusammenzuführen. Basierend auf Versuchsergebnissen der durchgeführten Forschngsarbeiten werden die neuen innovativen konstruktiven Lösungsansätze ausführlich erläutert.

Resource-efficient lightweight wood-concrete composite constructions
In several research projects of the Department of Structural Design and Timber Engineering (ITI) at the Vienna University of Technology (VUT) industrial lightweight wood particle concrete products made of wood chips, pellet, sawdust, wood wool, etc. are applied as shear stressed intermediate layers in wall and floor systems with the purpose to develop energy and emission efficient economically feasible solutions as well as demonstrate their application in pilot projects (renovation of buildings and new construction). The developed systems combine variant types of timber elements with load-bearing lightweight wood particle concrete products. It was strived to achieve an optimized use of materials according to their mechanical properties and an adjusted allocation to the stress zones of the composite wall and floor elements while at the same time taking into account thermal and acoustic requirements.
Experiences in the field of resource efficient building construction show that lightweight wood particle concrete for structural construction holds a number of interesting prospects [1]. Therefore, it is a main aim of the research projects, based on existing investigations, to gain broader knowledge of the key parameters of the material lightweight wood particle concrete.
This article gives an insight into previous developments and presents technical options to bring together raw material chains in composite elements. The developed innovative constructive concepts are, comprehensively described based on the results of the research projects.

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Vogt, Tobias; Hummel, Johannes; Schick, Michael; Seim, WernerExperimentelle Untersuchungen für innovative erdbebensichere Konstruktionen im HolzbauBautechnik1/20141-14Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Fachaufsatz berichtet über die Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen an 20 Holzrahmenwänden und 15 Brettsperrholzwänden, bei denen praxisrelevante Fragestellungen im Zusammenhang mit der Erdbebenbemessung im Mittelpunkt standen. Besonderes Augenmerk wurde auf die Frage gelegt, welchen Einfluss unterschiedliche Auflagerdetails und Verankerungen auf die Verformungsfähigkeit und die Energiedissipation haben. Circa 90 kleinformatige Versuche an Verbindungsmitteleinheiten und Verankerungsdetails bildeten die Basis für Optimierungen, die bei den anschließenden Wandversuchen bereits erfolgreich getestet werden konnten. Eine wesentliche Erkenntnis aus den experimentellen Untersuchungen ist, dass bei seitlicher Verankerung im Holzrahmenbau Querzugverstärkungen im Bereich der Zugverankerung notwendig werden können, um das duktile Verhalten der Wandelemente zu gewährleisten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Verankerung auf der Beplankung keine Nachteile bringt. Die Beplankung mit Gipsfaserplatten führt in den Untersuchungen zu ähnlichen Werten in der Tragfähigkeit, der Duktilität und der Energiedissipation wie die Beplankung mit OSB-Platten. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass auf den ersten Blick nachrangige Details wie die Anordnung von Elastomer-Zwischenschichten zwischen Wand und Decke (aus Schallschutzgründen) einen signifikanten Einfluss auf die Duktilität und die hysteretische Dämpfung von Wandelementen aus Brettsperrholz haben.

Experimental tests for innovative and earthquake-resistant timber-constructions
This paper presents the results from test series on 20 timber-framed and 15 cross laminated timber (CLT) wall elements, which focus on practical aspects in connection with the design for earthquake resistance. The main objective was to learn about the influence of different types of anchoring and support conditions on displacement capacity (ductility) and energy dissipation. About 90 tests on connection and anchoring units aimed on optimization of construction details. These test results had already been used for the design of full scale tests. One important test result is, that failure due to shear-tension interaction has to be prevented by reinforcement in the connection area of the hold down to ensure the ductile behavior of the wall elements. Furthermore it could be demonstrated, that asymmetric anchoring on one side of the wall doesn't affect ductility and energy dissipation. Wall elements with gypsum fiber boards (gfb) reach similar values for maximal load, ductility and energy dissipation compared to wall elements with osb. Moreover it was found, that construction details like using elastomer separation layers between wall and floor elements for sound insulation have a significant influence on ductility and hysteretic damping for CLT wall elements.

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Schmid, Volker; Yildiz, ÖzkanZum konstruktiven Holzschutz mit hochelastischen Polyurethan-SpritzelastomerenBautechnik1/201415-22Aufsätze

Kurzfassung

Architekten und Ingenieure sind zunehmend daran interessiert, eine moderne Formensprache auch für Holzkonstruktionen umzusetzen. Dabei erweisen sich die bewährten Maßnahmen zum konstruktiven Holzschutz, wie z. B. Dachüberstände, Verkleidungen und Verblechungen, häufig als hinderlich und bremsen so eine größere Verbreitung der Holzbauweise. In der Praxis wurde deshalb vereinzelt ein neues Holzschutzkonzept angewandt, das auf einer hochelastischen, 2 bis 3 mm dicken Sprühbeschichtung aus Polyurethan basiert. Dieses Schutzsystem wird seit 25 Jahren erfolgreich für Betonkonstruktionen eingesetzt. Die hervorragende Risseüberbrückungsfähigkeit der Polyurethan-Dickfilmbeschichtung, zusammen mit einer Dampfdurchlässigkeit von sd ≈ 1,8 m bei 2 bis 3 mm Dicke, prädestiniert sie auch zum Schutz moderner Holzbauteile. In einem Forschungsprojekt an der TU-Berlin wurde dieses Holzschutzkonzept nun erstmals wissenschaftlich an drei unterschiedlichen PUR-Beschichtungen auf verschiedenen Holzgründen wie Brettschichtholz, Brettsperrholz, OSB-Platte, mitteldichte Faserplatte und Furnierschichtholz untersucht. Dazu wurden an gealterten und ungealterten beschichteten Holzproben Zug- und Haftzugtests, Ermüdungstests und Auslagerungsversuche durchgeführt und anschließend die Wasserdichtigkeit geprüft. Des Weiteren wurden ein Fassadenelement im ETAG-Fassadenprüfstand sowie ein Wand-Traufe-Bauteil im Schlagregenversuchsstand getestet.

Highly elastic polyurethane coating with 2 to 3 mm thickness for constructive wood protection
Architects and engineers develop an increasing interest in sustainable timber structures with a contemporary and modern design. This aim is hampered by the established detailing of timber structures, which for example requires roof overhangs and steel sheet cladding to prevent the timber from weathering. In recent projects architects and engineers tried a new method of constructive wood protection to realize their modern design concepts: A 2 to 3 mm thick, highly elastic polyurethane coating is sprayed onto the wood. This coating is capable of bridging opening gaps, in the tests up to 5 mm in width, while remaining watertight. This type of water proofing is successfully employed on concrete for about 25 years. Its permeability for water vapour with an sd-value of about 1.8 m makes it well suited for timber structures. In a research project the Technische Universität Berlin investigated this new type of wood protection. Polyurethane coatings of three different manufacturers were tested on multiple substrates like gluelam, cross laminated timber, oriented strand board, medium density fibre board and laminated veneer lumber. Half of the test specimens were exposed to artificial weathering before the tests, the other half remained unweathered. Tests of the resistance to delamination were carried out as well as tensile and fatigue tests which were followed by tests assessing the water tightness. Some specimens were exposed to outside climate for two years and a full size facade element was tested in the EOTA facade testing stand.

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Frese, Matthias; Blaß, Hans JoachimDauerhaftes Brettschichtholz aus acetylierter Radiata KieferBautechnik1/201423-30Aufsätze

Kurzfassung

Seit dem Jahr 2007 ist modifizierte Radiata Kiefer auf dem Markt verfügbar. Gegenüber unbehandelter Radiata Kiefer sind deren Dauerhaftigkeit und Formstabilität mit einem patentierten Acetylierungsverfahren verbessert. Die auf diese Weise modifizierte Radiata Kiefer ist eine Alternative zu dauerhaften Tropenhölzern und eignet sich in Form von Brettschichtholz für frei bewitterte tragende Holzkonstruktionen. Das belegen erste realisierte Brückenbauwerke. Der Aufsatz berichtet über die Ergebnisse einer Forschungsarbeit, in der die wissenschaftliche Basis für eine in Deutschland zukünftig geltende baurechtliche Regelung von Brettschichtholz aus acetylierter Radiata Kiefer geschaffen wurde. Diese Arbeit umfasst experimentelle und numerische Untersuchungen zur Biegefestigkeit von Brettschichtholz aus acetylierter Radiata Kiefer und zahlreiche Versuche mit Verbindungsmitteln, auf deren Grundlage differenzierte Brettschichtholz-Festigkeitsklassen entwickelt bzw. Kennwerte für die Bemessung von stiftförmigen Verbindungsmitteln hergeleitet wurden. Der Aufsatz zeigt Möglichkeiten und Grenzen auf, die bei der Bemessung von tragenden Bauteilen aus Brettschichtholz aus acetylierter Radiata Kiefer zu erwarten sind.

Durabel timber structures made of acetylated Radiata pine
Acetylated Radiata pine is available in the marked since 2007. Compared to the untreated wood, it has an improved durability and dimensional stability due to a patented acetylation process. Acetylated Radiata pine is, therefore, an alternative to durable tropical woods and is suitable for timber structures exposed to weather. The first bridge constructions made out of acetylated Radiata pine and without structural cover give proof of this. The article reports results of a research project that created the scientific basis for a future building regulation in Germany of glulam made out of acetylated Radiata pine. The article covers experimental and numerical investigations of the bending strength of glulam of acetylated Radiata pine and numerous tests with dowel-type fasteners. The results obtained are the basis for specific glulam strength classes as well as characteristic values for the embedding strength and for the withdrawal parameter of self-tapping screws. The article aims at showing possibilities and limits regarding structural design with glulam made out of acetylated Radiata pine.

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Ringhofer, Andreas; Brandner, Reinhard; Schickhofer, GerhardEntwicklung einer optimierten Schraubengeometrie für hochbeanspruchte Stahl-Holz-VerbindungenBautechnik1/201431-37Aufsätze

Kurzfassung

Der Beitrag behandelt die Optimierung der Geometrie von vorwiegend axial beanspruchten selbstbohrenden Holzschrauben für den Einsatz in einer Stahl-Holz-Laschenverbindung unter Zug parallel zur Faser. Mit Fokus auf den Stahlbruch werden der Kopf und Ansatzbereich des Gewindes adaptiert und die Veränderungen im Last-Verformungsverhalten anhand von Prototypen versuchstechnisch an bauteilgroßen Laschenstößen und mittels einer numerischen Modellierung verifiziert. Es zeigen sich eine gegenüber herkömmlichen Schraubentypen um 2 bis 8 % gesteigerte Tragfähigkeit, eine Verlagerung des Versagens der Schraube von der Stahlblech-Unterkante tiefer in das Holz sowie die Ausbildung eines Fließgelenks am Beginn der geschaffenen Freistrecke. Letzteres lässt einerseits eine homogenere Lastverteilung zwischen den Schrauben infolge eines erheblich gesteigerten Duktilitätspotenzials und andererseits eine Verbesserung des Tragverhaltens solcher Anschlüsse bei Langzeit- und Zugschwellbelastungen erwarten. Zudem wird ein Vorschlag für den Nettoquerschnittsnachweis für zugbeanspruchte Laschenstöße mit selbstbohrenden Holzschrauben unterbreitet.

Development of an optimized screw geometry for high-stressed steel-to-timber joints
This paper deals with the geometrical optimization of mainly axially loaded self-tapping screws applied in steel-to-timber joints under tension parallel to grain. Focusing on steel failure, the head geometry and the zone before the thread were adapted. Consequently, differences to standard products were verified by laboratory tests on full-scale steel-to-timber joints and also by numerical modeling. A 2 to 8 % increase of load bearing resistance, a displacement of the location of screw failure deeper into the timber member as well as the development of a plastic hinge close to the head are the essential results of this study. Especially the yield deformation leads to a more homogenous load sharing between a group of screws, caused by an increased potential of ductility, and to an enhanced bearing behavior under long term as well as pulsating tensile loadings. In addition to that a proposal for the verification of the net cross-section of tensile joints with self-tapping screws is given.

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Koj, Christoph; Trautz, MartinMit Schrauben fügen und bewehren - Langzeitversuche an biegesteifen Rahmenecken im AußenklimaBautechnik1/201438-45Aufsätze

Kurzfassung

Seit 2006 werden am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen der RWTH Aachen (Trako) Fügungen und Verstärkungen von Holzbauelementen mit als Bewehrung angeordneten selbstbohrenden Vollgewindeschrauben entwickelt. Sehr positive Ergebnisse wurden in Versuchen mit biegesteifen Rahmenecken für positive und negative Biegemomente erzielt, die im Kurzzeitversuch Bruchlasten von über 80 % der reinen Querschnittstragfähigkeit erreichten. Die hohe Tragfähigkeit bedingt dabei eine entsprechend hohe Auslastung sowohl des Holzquerschnitts als auch des Verbundes zwischen Vollgewindeschrauben und Holz. Vor allem zum Kriech- und Ermüdungsverhalten des Schraubenverbundes unter Langzeitbelastung und Klimawechseln liegen bisher kaum Forschungsergebnisse vor.
Daher wurde in einem eigenen Forschungsprojekt das Tragverhalten der Rahmenecken unter Dauerlast im Außenklima der Nutzungsklasse 2 untersucht. In einem überdachten Versuchsstand wurden Rahmenecken mit zwei hinsichtlich der Tragfähigkeit und Querschnittsauslastung unterschiedlichen Schraubenkonfigurationen über eine Dauer von zwei Jahren belastet. Dabei wurden die zeitabhängigen Verformungen gemessen, um das Kriechverhalten der Verbindung zu beurteilen. Im Anschluss an die Langzeitbelastung wurde die Resttragfähigkeit der Rahmenecken im Bruchversuch ermittelt. Die Größe der Kriechverformung und des Tragfähigkeitsverlustes waren abhängig vom Belastungsniveau und dem Ausnutzungsgrad des Holzquerschnitts. Während bei den hoch ausgelasteten Eckverbindungen eine merkliche Reduktion der Bruchlasten zu beobachten war, erreichten die gering belasteten Ecken nahezu die gleiche Tragfähigkeit wie im Kurzzeitversuch.

Self-tapping screws as connectors and reinforcements - long-term tests on rigid frame corners in exterior climatic conditions
Since 2006 the Chair for Structures and Structural Design at RWTH Aachen University has been developing connections and reinforcements for structural timber elements using fully threaded self-tapping screws. Rigid frame corners made of glued-laminated timber which were joined with these screws performed exceptionally well in short-term load tests reaching more than 80 % of the load bearing capacity of the beam section itself. The high load bearing capacity of the connection implies a high degree of capacity utilisation both for the bond between screws and timber and the timber section. Regarding creep and fatigue of the bond between fully-treaded screws and timber barely any research has been conducted so far.
Thus in the actual research project the structural behaviour of the rigid frame corners was examined under long-term load in exterior climatic conditions (service class 2). A test rig was set up with two types of rigid frame corners differing in the layout of the screw connection and the load bearing capacity. For a period of two years the corners were monitored under continuous and varying loads. The deformations were measured to evaluate the creep of the screws and the connections. Subsequent to the long-term loading the residual strength of the test specimens was determined in breaking tests. The level of creep deformations and the reduction of the load bearing capacity depended on the degree of capacity utilisation of the connections and the timber section. For the specimens with a high degree of utilisation a decrease of load bearing capacity was observed while the ones with a lower degree of utilisation reached almost the same ultimate loads as with short-term loading.

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Eierle, Benno; Bös, BurkhardSchubverformungen von Stabtragwerken in der praktischen AnwendungBautechnik11/2013747-752Aufsätze

Kurzfassung

Schubverformungen werden bei der Berechnung von schlanken Stabtragwerken in der Ingenieurpraxis häufig vernachlässigt, da sie lediglich einen geringen Anteil der Gesamtverformung ausmachen. Bei gedrungenen Stäben können die Verformungen aus Querkräften jedoch eine relevante Größenordnung erreichen. Dieser Aufsatz stellt die Grundlagen zur Berücksichtigung der Schubverformungen in der Balkentheorie dar und leitet daraus Bemessungshilfen für die Beurteilung und Berechnung der Schubverformungen bei statisch bestimmten Systemen ab.

Shear deflections of beam structures in practical application
In the practical application of calculating slender beam structures the shear deflections are often neglected, since their portion of the total deformation is small. For deep girders however the shear deflections may reach a significant size. This paper explains the principles of shear deflections in the beam theory and gives design aids to assess and to calculate shear deflections for statically determinate systems.

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Rug, Wolfgang; Linke, GunterUntersuchungen zur Holzkorrosion an historischem BrettschichtholzBautechnik10/2013642-650Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Artikel befasst sich mit Untersuchungen an historischem Brettschichtholz unter besonderer Berücksichtigung der Einwirkung chemisch-aggressiver Medien.
Gegenstand der Untersuchung war eine fast 100 Jahre alte Salzlagerhalle in Hetzer-Bauweise. Es wurden sowohl Festigkeitsuntersuchungen im Dynstat-Verfahren als auch chemische Untersuchungen zum Salzgehalt durchgeführt.
Im Ergebnis zeigte sich, dass das untersuchte Material einer deutlich sichtbaren Veränderung infolge der Salzeinwirkung unterlag. Es konnten sowohl oberflächliche makroskopische Veränderungen als auch eine Festigkeitsreduzierung im Randbereich festgestellt werden.

Studies on the timber corrosion of historic glued laminated timber
This article presents studies on historic glued laminated timber with special reference to the effect of chemically aggressive media.
Subject of the investigation was an almost 100 year old salt warehouse in Hetzer's construction method. Strength tests in the dynstat-procedure as well as chemical investigations on the salinity were carried out.
As a result of the effect of the salt the investigated material clearly shows superficial, macroscopic alteration as well as a reduction of the strength in the outer cross sections.

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Rug, Wolfgang; Linke, Gunter; Winter, LeonardUntersuchungen zur Festigkeit der Klebefugen von historischem BrettschichtholzBautechnik10/2013651-659Aufsätze

Kurzfassung

Der Beitrag befasst sich mit Untersuchungen zur Festigkeit von Kaseinverleimungen von Brettschichtholz in Hetzer-Bauweise. Kaseinverleimungen treten heutzutage nur noch im Bereich von Instandsetzungsarbeiten an historischen Brettschichtholzkonstruktionen in Erscheinung.
Eine Bewertung der Ergebnisse nach der DIN EN 392:1996 erwies sich als ungeeignet, da sich diese Norm auf moderne, auf Kunstharzen basierende Klebstoffsysteme bezieht. Um dennoch eine Bewertung vornehmen zu können, wurde auf frühere Veröffentlichungen zur Festigkeit von Kaseinverleimungen bzw. Regelwerke des Holzflugzeugbaus der 1950er-Jahre zurückgegriffen.
Die Auswertung eigener Untersuchungen ergab, dass Kaseinverleimungen auch nach 100 Jahren Nutzungsdauer, insbesondere unter Wechselwirkung von Feuchtigkeit und chemisch-aggressiven Medien, eine relativ hohe Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen.

Studies on the strength of the adhesive joints of historic glued laminated timber
This paper presents a study on the strength of casein glue layers of glulam timber in Hetzer's construction method. Nowadays casein adhesive joints are only appearing in maintenance of historic glulam structures.
An evaluation of the results according to DIN EN 392:1996 proved unsuitable, as this standard relates to modern, synthetic resins based adhesive systems. Therefore earlier publications on the strength of casein glue respectively regulations for wooden aircrafts from the 1950s were utilized in order to be able to assess these kind of adhesive joints.
The results of this study revealed, that the casein adhesive joint has an relatively high loading capacity and durability even after 100 years especially under interaction of moisture and chemically aggressive media.

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Gamper, Andreas; Dietsch, Philipp; Merk, Michael; Winter, StefanGebäudeklima - Langzeitmessung zur Bestimmung der Auswirkungen auf Feuchtegradienten in HolzbauteilenBautechnik8/2013508-519Aufsätze

Kurzfassung

Die Auswertung von Schäden an weitgespannten Holztragwerken zeigt als überwiegend festgestelltes Schadensbild ausgeprägte Rissbildungen in Klebefugen und Lamellen von Brettschichtholzbauteilen. Ein wesentlicher Anteil an der Entstehung dieser Schäden wird starken klimatischen Schwankungen innerhalb von Gebäuden und den damit verbundenen Schwind- und Quellvorgängen in den Holzbauteilen zugesprochen. Im Hinblick auf diesen Sachverhalt wurden mittels Langzeitmessserien klimatische Bedingungen in für den Holzbau typischen Gebäudetypen und -nutzungen sowie den daraus resultierenden Holzfeuchten in unterschiedlichen Bauteiltiefen ermittelt. Die gemessenen Holzfeuchten ermöglichen Rückschlüsse auf die Größe und Geschwindigkeit ihrer jahreszeitlichen Anpassung an sich ändernde Umgebungsbedingungen. Ein Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Nutzungen bestätigt die erwartete große Bandbreite der möglichen klimatischen Bedingungen in Gebäuden mit Holztragwerken. Die Ergebnisse erlauben die Angabe von Bereichen sich einstellender Ausgleichsfeuchten in Abhängigkeit der konkreten Nutzung, wodurch ein Einbau des Holzes mit einer vorher angepassten Holzfeuchte ermöglicht wird. Sie unterstützen zudem die Entwicklung entsprechender Monitoringsysteme, die z.B. in Form von Frühwarnsystemen auf Basis von Klimamessungen eingesetzt werden könnten. Es werden konkrete Vorschläge für die praktische Anwendung der Forschungsergebnisse gegeben.

Building Climate - long-term measurements to determine the effect on the moisture gradient in large-span timber structures
The evaluation of damages in large-span timber structures indicates that the predominantly observed damage pattern is pronounced cracking in the lamellas of glued-laminated timber elements. A significant proportion of these cracks is attributed to the seasonal and use-related variations of the internal climate within large buildings and the associated inhomogeneous shrinkage and swelling processes in the timber elements. To evaluate that matter, long-term measurements of climate data and timber moisture content were generated in large-span timber structures in buildings of typical construction type and use to draw conclusions on the size and speed of adjustment of the moisture distribution to changing climatic conditions. A comparison of the results of the individual types of building use confirms the expected large range of possible climatic conditions in buildings with timber structures. They allow for a more precise indication of range of resulting equilibrium moisture content for the specific use, enabling the installation of timber elements with adjusted moisture content. They also support the development of suitable monitoring systems which could be applied in form of early warning systems on the basis of climate measurements. Proposals for the practical implementation of the results are given.

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Hartig, Jens; Heiduschke, Andreas; Haller, PeerHolzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton - Rechnerische Untersuchungen und BemessungskonzeptBautechnik7/2013433-440Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Beitrag behandelt rechnerische Untersuchungen zu einem neuartigen Verbindungskonzept für Fachwerkträger im Ingenieurholzbau. Das Konzept sieht vor, die Stabkräfte mithilfe von passgenauen Knoten aus Vergussbeton zu übertragen. Die Untersuchungen umfassen dreidimensionale Finite-Elemente-Modelle, die zur Bestimmung der Spannungsverteilungen am Fachwerkknoten verwendet werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden in ein einfaches Stabwerkmodell überführt, das in der Lage ist, die Schnittkräfte und das Verformungsverhalten der Träger zutreffend zu bestimmen. Damit verfügt der Ingenieur über ein einfaches Werkzeug zur Bemessung derartiger Konstruktionen. Die erforderlichen Nachweise werden in einem Bemessungskonzept zusammengefasst.

Timber trussed girder with concrete joints - Calculative investigations and design concept
This article deals with calculative investigations on a novel connection concept for trussed girders in engineered timber structures. The forces between struts and ties are transferred by casted concrete blocks. The presented investigations include three-dimensional finite element models for determining stress distributions at the joints. Based on the results of the numerical model a simple strut-and-tie-model is developed for determining the internal forces and the deformation behavior of respective trussed girders. This provides a simple tool for the engineer to design such structures. The necessary static verifications are summarized in a design concept.

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Hartig, Jens; Haller, Peer; Heiduschke, AndreasHolzfachwerke mit Verbindungsknoten aus Beton, Teil 1: Konzept und experimentelle UntersuchungenBautechnik1/20131-8Aufsätze

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird ein neuartiges Verbindungskonzept mit Knoten aus Beton für den Ingenieurholzbau vorgestellt. Die Ziele der dazu durchgeführten Untersuchungen waren die Verbesserung des Tragverhaltens, der Gebrauchstauglichkeit, der Wirtschaftlichkeit und des ästhetischen Erscheinungsbildes von Holzfachwerkbindern. Dafür wurden hochbelastbare Knotenverbindungen entwickelt. Das innovative Konzept vereint die Vorzüge verschiedener Bauweisen: traditionelle Verbindungen des Zimmererhandwerks, formschlüssige Verbindungen des Holz-Beton-Verbundbaus sowie einbetonierte Zuganker des Stahl-Beton-Verbundbaus. Zudem werden die Materialien Holz, Stahl und Beton beanspruchungsgerecht eingesetzt. Die Kraftübertragung zwischen Streben und Gurten erfolgt dabei durch formschlüssig wirkende Knoten aus Beton. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen das gute Tragverhalten der Verbindung. Damit liegt ein Verbindungskonzept vor, das die konstruktiven Details von Stab- und Fachwerken vereinfacht.

Timber trussed girder with concrete joints - Part 1: Concept and experimental investigations
In this contribution, a novel connection system for engineered timber structures is presented. The objectives of the investigations were the significant improvement of the load-bearing behavior, the serviceability, the cost-effectiveness and the esthetic appearance of timber trussed girders. For this purpose, joints with high load-bearing capacity were developed. The innovative joint applies and combines advantages of various joint types like traditional carpentry, profiled shear planes used in timber-concrete hybrid-structures and casted tension anchors used in steel-concrete hybrid-structures. The efficiency of this novel concept results from the combination of these joint types as well as the stress-related application of the materials timber, steel and concrete. The forces between the struts are transferred primarily by form fit with casted concrete joints. The results of experimental investigations confirm the efficiency of these joints and the potential for application in various strut-and-tie systems.

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Rautenstrauch, Karl; Müller, JensTragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung - Ein Vorschlag für den ErmüdungsnachweisBautechnik1/20139-17Aufsätze

Kurzfassung

In diesem Beitrag werden jüngste Forschungsergebnisse zum holzseitigen Ermüdungstragverhalten spezieller, für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken entwickelter Verbundelemente sowie ein darauf basierendes und für die praktische Anwendung geeignetes Bemessungskonzept vorgestellt. Als Grundlage hierfür dienen die an der Professur Holz- und Mauerwerksbau der Bauhaus-Universität Weimar unter oft wiederholten Schwellbeanspruchungen durchgeführten umfangreichen Bauteilversuche an den als “Dübelleiste” bezeichneten Verbundelementen.
Neben der konventionellen Ausbildung dieses Verbundelementes, bei der die holzseitige Kraftübertragung über direkten Holz-Stahl-Kontakt erfolgt, wurde ergänzend ein neuartiges modifiziertes Kontaktfugendesign untersucht. Diese weiterentwickelte Fugenkonfiguration ist durch die Anordnung eines hochdruckfesten Polymerbetonstreifens im unmittelbaren Lastübertragungsbereich charakterisiert, welcher insbesondere den Ausgleich geringster Herstellungstoleranzen ermöglicht, sodass das Verbundelement Dübelleiste stets passgenau in die gefräste Kerve des Holzträgers eingebaut werden kann. Infolge dieser Passgenauigkeit und der damit verbundenen vollständigen Eliminierung des Anfangsschlupfs zwischen Dübelleiste und Holz kann eine hohe Verbundelementsteifigkeit sowie eine gleichmäßige Lastverteilung in der Holzkontaktfuge erzielt werden.
In Anlehnung an die aus dem Stahlbau bekannten “Wöhlerlinien” konnten als Hauptresultat der Untersuchungen für beide Scherfugenausbildungen auf den experimentellen Ergebnissen basierende sogenannte Ermüdungskennlinien bestimmt werden. Mittels dieser Kennlinien kann das in der aktuellen Holzbrückennorm vorgesehene vereinfachte Ermüdungsnachweiskonzept für beide Fugenausbildungen angewendet werden. Darüber hinaus werden im Hinblick auf eine effektivere Bemessung der untersuchten Verbundfugenkonfigurationen spezifische Ermüdungsbeiwerte vorgeschlagen.

Load bearing behavior of special connectors used for timber-concrete composite road bridges under cyclic loading - proposal for the fatigue verification
This article deals with the fatigue behavior of the timber part of a connector type, which can be used for timber-concrete composite road bridges. For the investigation of the fatigue behavior of the so called stud connector extensive experimental tests - primarily under cyclic loading - were accomplished at the Bauhaus University Weimar. Based on these tests a suitable design concept for the appliance in practice is presented.
Beside the conventional design of the shear joint also a new modified configuration was analyzed, which is characterized by a layer consisting of polymer concrete in the load bearing area. The use of polymer concrete equalizes all tolerances due to manufacturing so that the stud connector can be accurately fitted into the notch in the timber girder. Consequently the initial slip between stud connector and timber can be eliminated, which leads to a very high stiffness of the joint and a consistent load distribution in the contact area.
According to the well-known S-N-lines from structural steel engineering characteristic fatigue lines for both designs of the joint were elaborated based on the experimental tests. These characteristic lines show that the concept of the simplified fatigue verification according to the code for timber bridges is applicable for both designs of the joint with the stud connector. Especially for the investigated designs fatigue coefficients are suggested for a more efficient structural design.

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Rautenstrauch, Karl; Kästner, Martin; Jahreis, Markus; Hädicke, WolframEntwicklung eines Hochleistungsverbundträgersystems für den IngenieurholzbauBautechnik1/201318-25Aufsätze

Kurzfassung

Anspruchsvolle, weitgespannte Ingenieurholzkonstruktionen werden seit über 100 Jahren überwiegend unter Verwendung von Brettschichtholz realisiert. Durch Weiterentwicklung dieses homogenisierten Holzwerkstoffproduktes zu einem hybriden Hochleistungsbauteil können dem natürlichen Roh- bzw. Baustoff Holz weitere Anwendungsfelder erschlossen werden. Hierzu zählen insbesondere Leichtbaustrukturen mit gesteigerten Anforderungen hinsichtlich aufnehmbarer Lasten, größerer Spannweiten und/oder reduzierter Bauhöhe im Hoch-, Industrie- und Straßenbrückenbau. Wesentliche Optimierungen der Biegetragfähigkeit und der Biegesteifigkeit können durch Verstärkung der Trägerrandbereiche mittels Hochleistungswerkstoffen erreicht werden. Im vorliegenden Beitrag werden innovative Konstruktionsansätze zur Herstellung hocheffizienter Hybridbauteile unter Verwendung von Holz als Hauptbaustoff, polymergebundenen mineralischen Deckschichten zur Druckzonenverstärkung sowie kohlefaser- resp. glasfaser- oder stahlverstärkten Furnierschichtholzlamellen zur Zugzonenverstärkung vorgestellt. Zusätzliche Verstärkungselemente steigern die Schubtragfähigkeit oder verbessern die Aufnahme der Querpressungen an den Auflagern.

Development of a high-performance hybrid beam system for timber engineering
For over 100 years demanding long-span constructions in timber engineering are mainly built using glulam. The further development of this homogenized engineered wood product into a hybrid high-performance component creates new fields of application for wood as a natural raw and building material. This particularly includes lightweight constructions with increased demands in terms of load-bearing capacity, longer spans and/or reduced height for building, industrial and bridge construction. Significant improvements of the flexural strength and stiffness can be achieved by reinforcements of the beam's edge zones using high-performance materials. This article presents innovative construction approaches for the production of a highly efficient hybrid system made of wood as main material. The compression zone is reinforced by a layer of polymer concrete. The tension zone is strengthened either with CFRP-, GFRP- or steel-reinforced lamellas made of laminated veneer lumber (LVL). Additional reinforcing elements increase the shear resistance or improve the transverse load-carrying capacity of the bearings.

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Becker, Wieland; Götz, TobiasKonstruktive und brandschutztechnische Untersuchungen von Rippendecken in Holz-Beton-VerbundbauweiseBautechnik6/2012394-401Aufsätze

Kurzfassung

Der Beitrag befasst sich mit durchgeführten Untersuchungen zum Themenkomplex Holz-Beton-Verbunddecken (HBV) als Rippenkonstruktionen. Dabei wird zunächst auf die Thematik großer Anfangsverformungen im Herstellprozess eingegangen und ein praxisnahes Berechnungsmodell zur Ermittlung einer planmäßigen Überhöhung vorgestellt. Weiter werden ein innovatives Herstellverfahren sowie eine Auflagerausbildung (Hochhängung) einachsig gespannter HBV-Deckenelemente erläutert. In diesem Zusammenhang wurden Brandversuche an drei Probekörpern durchgeführt. Anlass der Untersuchungen war eine Schulbauerweiterung in Linz/A, bei welcher die Nachweise zur Hochhängung und zum Brandverhalten von den ausführenden Firmen zu erbringen waren. Die Brandversuche wurden am Institut für Hochbau und Technologie der Technischen Universität Wien durchgeführt.

Structural and fire-technical investigation of the use of rib-floor elements in wood-concrete-composite
The paper describes the structural and fire-technical investigation of the use of rib-floor elements in wood-concrete-composite (WCC). At first, the problem of distortion in the first stage of the manufacturing process is discussed and a numerical design model for calculating the level of distortion is presented. Further a new manufacturing-process and a new bearing-design for uniaxial WCC rib-floor-elements is described. In this context fire-technical investigations and tests were conducted. The reason for these investigations was the use of WCC rib-floor-elements for the extension of a school building in Linz/A, where the fire-safety of the new bearing construction had to be certified. The fire-safety tests were carried out at the Institute of Building construction and Technology at the Technical University of Vienna.

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Dietsch, Philipp; Mestek, Peter; Winter, StefanAnalytischer Ansatz zur Erfassung von Tragfähigkeitssteigerungen infolge von Schubverstärkungen in Bauteilen aus Brettschichtholz und BrettsperrholzBautechnik6/2012402-414Aufsätze

Kurzfassung

Dieser Beitrag stellt einen analytischen Ansatz zur Berechnung der Tragfähigkeit von Brettschicht- bzw. Brettsperrholzbauteilen vor, bei denen stiftförmige Verbindungsmittel als Schubverstärkungen vorliegen. Das Verfahren basiert auf bekannten mechanischen Grundlagen und Werkstoffgesetzen unter Anwendung der Matrizenschreibweise. Es greift die konstruktive Anisotropie der schubverstärkten Querschnitte auf und ermöglicht auch die Erfassung des nachgiebigen Verbundes zwischen den Verstärkungselementen und dem Holzquerschnitt. Nach der Beschreibung der generellen Vorgehensweise folgt ein Vergleich mit experimentellen Untersuchungen. Für Brettsperrholzelemente zeigte sich ein deutlicher, positiver Einfluss einer Schubverstärkung in Form von selbstbohrenden Schrauben. Für mit selbstbohrenden Schrauben schubverstärkte Brettschichtholzbauteile ergaben sowohl das analytische Verfahren wie auch die Versuche nur eine geringe Erhöhung der Schubsteifigkeit und Schubfestigkeit.

Analytical approach to determine the increase in load-carrying capacity due to shear reinforcement in structural elements from glued-laminated and cross-laminated timber
This article presents an analytical approach to determine the load-carrying capacity of timber elements from glued-laminated or cross-laminated timber, featuring shear reinforcements like self-tapping screws. Using matrix format, the approach is based on common theoretical concepts and constitutive equations for material properties. It uses the structural anisotropy of the cross-sections with shear reinforcement, also enabling to incorporate the semi-rigid composite action between the reinforcement and the wood material. The description of the general approach is followed by a comparison with experimental data from tests on both timber products. It is shown that shear reinforcements have a distinct positive influence on cross-laminated timber elements. Shear reinforcement by self-tapping screws in glued-laminated timber elements does in contrast only result in a small increase in shear stiffness and shear strength.

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Filmprojekt zu Lehrzwecken: "Versagensmechanismen im Holzbau"Bautechnik7/2012483Aus den Hochschulen

Kurzfassung

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