Der Beitrag beschreibt die Möglichkeiten von Röntgenuntersuchungen an stabförmigen Holzverbindungsmitteln im beanspruchten Bauteil. Trotz verschiedenartiger Untersuchungsmethoden ist die Bestimmung des tatsächlichen Verhaltens von metallischen Verbindungsmitteln im Holz während der Belastung nicht ausreichend gelöst. Mit Hilfe verschiedener mathematischer Ansätze und der Einbeziehung von Materialkennwerten ist die Modellierung von Holzverbindungen möglich. Die Nutzung von Röntgenstrahlen unter Echtzeitwiedergabe ermöglicht es, das Verformungsverhalten von metallischen Verbindungsmitteln während der Lasteinleitung zu beobachten.
Ziel der Versuche war die Bestimmung des Verformungsverhaltens einer Stabdübelverbindung in Echtzeit unter quasistatischer und dynamischer Belastung. Mit der Echtzeit-radio-graphischen Messung wurden Versuche am Einzelstabdübel und einer Dübelgruppe durchgeführt. Die beim Versuch genutzte Anlage besteht aus einer mobilen Röntgenröhre und einem Detektor, sowie der dazugehörigen digitalen Bildverarbeitung. Bei maximaler Geschwindigkeit von 30 Bildern in der Sekunde wird eine Grenzwertauflösung von 1,97 lp/mm erreicht. Die Pixelteilung ist mit 127 μm2 durch das Empfängermodul vorgegeben [10]. In Abhängigkeit der gewählten Parameter konnte die Verschiebung um einen Bildpunkt (0,21 mm) verifiziert werden. Eine Überprüfung der gemessenen Verformungen der Stabdübel erfolgte mit Hilfe von direkt aufgebrachten Dehnmessstreifen.

Der Einsatz faserverstärkter Kunststoffe ist seit mehreren Jahren auf vielen Gebieten des Bauwesens zu beobachten. So wird beispielsweise die Technologie der nachträglichen Biegeverstärkung von Massivbauwerken mittels im Zugbereich aufgeklebter Kohlefaserlamellen schon seit mehr als 10 Jahren im Rahmen von Systemlösungen mit allgemein bauaufsichtlicher Zulassung angeboten.
Dieser Beitrag beschreibt nach einer kurzen Zusammenfassung zu bisherigen Arbeiten anderer Autoren auf diesem Gebiet die Untersuchungen zum Verbundverhalten von in Holz eingeklebten Kunststoffstäben. Es werden Ergebnisse experimenteller und numerischer Untersuchungen vorgestellt und praxisgerechte Hinweise für die Ausführung des Klebverbunds gegeben. Abschließend wird ein für die Praxis handhabbares Rechenmodell vorgestellt, das das Verbundverhalten in Holz eingeklebter Stäbe bis zum Versagen zutreffend abbildet. Dem Anwender werden hierzu erforderliche Materialkennwerte und Modellparameter in Form einer Tabelle an die Hand gegeben.

Es werden die Nachweise für die Grenzzustände der Tragfähigkeit für einteilige Holzbauteile unter Zug-, Druck- und Biegebeanspruchung beschrieben.

Das Biegedrillknickverhalten von zweiteiligen Brettschichtholzträgern lässt sich durch die Anordnung von Zwischenhölzern deutlich günstiger gestalten. Die Ursache hierfür stellt hauptsächlich die elastische Schubkopplung der beiden Trägerelemente in Längsrichtung dar. Darüber hinaus bewirken die Zwischenhölzer eine elastische Drillkopplung, die dazu führt, dass der Kippvorgang der einzelnen Trägerteile neben den üblichen Verdrehungen und Horizontalverschiebungen zusätzlich auch durch Vertikalverschiebungen bestimmt wird, die zusätzliche Formänderungsarbeit erfordern. In diesem Beitrag werden für ein praxisnahes Trägersystem mit unterschiedlichen Ausführungen der Kopplungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zum einen die Verzweigungslasten bestimmt und zum anderen auch nichtlineare Elastizitätsberechnungen nach Theorie II.Ordnung durchgeführt, um die für die Auslegung der verwendeten Verbindungsmittel erforderlichen Kopplungskräfte und -momente zu erhalten. Die Ergebnisse der Untersuchungen demonstrieren die beachtlichen laststeigernden Effekte der Trägerkopplungen. Zudem zeigt sich, dass bereits die rechnerische Berücksichtigung von ausschließlich an den Auflagern vorhandenen Zwischenhölzern eine nennenswerte Steigerung der Biegedrillknicklasten bewirken kann.

Selbstbohrende Vollgewindeschrauben (VGS) sind moderne Verbindungsmittel des Holzbaus, die aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihrer günstigen Verbundeigenschaften zunehmend als Verstärkungselemente oder als Verbindungsmittel für Fügungen von Holzbauteilen zum Einsatz kommen. Um die konstruktiven Vorzüge, die vergleichbar mit den Eigenschaften einer Bewehrung im Stahlbetonbau sind, systematisch zu nutzen, wurden Bauteile aus Brettschichtholz mit Schrauben verstärkt, deren Konfiguration u.a. mit Hilfe von Fachwerkmodellen auf den inneren Kräfteverlauf abgestimmt waren.
Im Rahmen von Sondierungsversuchen an Serien gleich bewehrter Bauteile wurden die Veränderungen und Verbesserungen des Tragverhaltens der auf diese Weise verstärkten Bauteile untersucht.

Es werden die grundlegenden Regeln der Berechnung nach Grenzzuständen im Holzbau, zum Beispiel die Lastkombinationen, die Berechnung der Bemessungswerte der Materialfestigkeit, der Einfluss der Lastdauer und der Holzfeuchte und die Bemessung für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit dargelegt.

Fast täglich erreichen uns Bilder aus Erdbebengebieten aus vielen Teil en der Welt mit zum Teil verheerenden Folgen für die Menschen, die Natur und die bebaute Umwelt. Viele wissen nicht, dass auch in Deutschland die Gefahr eines Erdbebens besteht. Selbst unter den Fachleuten ist das Thema Erdbeben in Deutschland lange vernachlässigt worden. Die bauaufsichtliche Einführung der Erdbebennorm erfolgte erstmalig 1998. Seit 2007 gilt in allen betroffenen Bundesländern verbindlich die neue Erdbebennorm aus dem Jahre 2005. Bei der Wahl der Baustoffe besteht bei vielen Fachleuten die landläufige Meinung, dass der Baustoff Holz weniger für das Bauen in Erdbebengebieten geeignet ist. Der ingenieurmäßige Umgang mit dem Baustoff Holz unter Erdbebenbeanspruchung und eine damit verbundene wirtschaftliche Bemessung von Holztragwerken sollen in diesem Aufsatz erläutert werden.
Die neu eingeführte Holzbaunorm DIN 1052 ist ab Januar 2008 neben dem Eurocode alleinverbindliche Bemessungsnorm für den Holzbau. Durch das semiprobabilistische Sicherheitssystem ist die Holzbaunorm kompatibel mit der Erdbebennorm. Bei holzbaugerechter Planung und unter Berücksichtigung der Duktilität und auch der Schwingdauer der Holzbauten sind diese Gebäude hervorragend geeignet, um in Erdbebengebieten eingesetzt werden zu können.

Im Zusammenhang mit der zunehmend erforderlichen Rekonstruktion/Sanierung von Altbauten sind oft die statischen und bauphysikalischen Qualitäten von Decken- und Dachkonstruktionen zu verbessern. Mit den jetzt verfügbaren, zugelassenen neuartigen Schrauben sind “sanfte” und sehr effektive Eingriffe in die Holztragstruktur möglich.

Die Bemessung von unbewehrten Durchbrüchen in Biegeträgern aus Brettschichtholz (BSH) wird in den deutschen und europäischen Normen und Normentwürfen unterschiedlich gehandhabt. Die methodischen Defizite in der Bemessung nach DIN 1052:2004 und insbesondere das Fehlen eines Nachweises im Eurocode 5 waren Ausgangspunkte für ein Forschungsvorhaben mit umfangreichen BSH-Bauteilversuchen und der Entwicklung eines neuen Bemessungsmodells. An 68 Biegeträgern in Bauteilabmessungen wurden die Einflüsse der Parameter ? Trägerhöhe, relative Durchbruchsgröße, Schnittgrößenverhältnis und Trägerkrümmung ? untersucht. Wesentliche experimentelle Ergebnisse sind die Beschreibung und Klassifizierung der stufenweisen Schädigungsentwicklung sowie die Quantifizierung des Tragfähigkeitseinflusses der genannten Parameter. Es wurde ein erheblicher Maßstabseffekt bestätigt. Die Zugspannung rechtwinklig zur Faserrichtung wurde als primär rissinitiierende Einwirkung identifiziert. Die Lage des Anrisses an der Durchbruchsperipherie ist wesentlich durch die zylindrische Anisotropie des Werkstoffs festgelegt.
Es wurde ein einfach handhabbares, auf der Weibull-Theorie basierendes Bemessungsverfahren entwickelt, welches die wesentlichen tragfähigkeitsrelevanten Einflüsse einschließlich des Maßstabseffekts und der inhomogenen Spannungsverteilung an der Durchbruchsperipherie berücksichtigt. Das neue, experimentell untermauerte Bemessungsverfahren liefert speziell für Durchbrüche in Trägern mit größeren Querschnittshöhen (1 bis 2 m) zutreffendere Nachweise als DIN 1052:2004, der zufolge die Bauteiltragfähigkeit großer durchbrochener Träger zu hoch ermittelt wird.

Es werden die Materialeigenschaften von Holz als ein biologisches Material, welches im Wald entsteht, beschrieben. Bauholz ist ein nichthomogenes Material, das wachstumsbedingte Fehler in Form von sten, einem nichtparallelen Faserverlauf usw. enthält. Daraus folgend werden die nichthomogenen Eigenschaften, der Einfluß von Fehlern auf die Festigkeitseigenschaften, die Bedeutung der Holzfeuchte und der Festigkeitssortierung sowie die Prinzipien der Dauerhaftigkeit behandelt.

In diesem Beitrag werden für aus Brettschichtholz gefertigte Pultdach- und Satteldachträger mit seitlichen Obergurtabstützungen in äquidistanten Punkten Verzweigungslasten angegeben, die mit Hilfe der Methode der finiten Elemente auf Basis einer einfachen Stabmodellierung berechnet wurden. Der Vergleich der Kippnachweise nach dem Ersatzstabverfahren für das maßgebende Einzelfeld unter vereinfachter Berücksichtigung der Querschnittswerte gemäß Empfehlung der DIN 1052 einerseits und der Gesamtträgerbetrachtung mit den berechneten Verzweigungslasten andererseits zeigt, dass die Näherungsregel erstens stets auf der sicheren Seite liegt und zweitens die Abweichungen der Sicherheiten mit wachsender Schlankheit der Träger und mit abnehmender Zahl an seitlichen Zwischenstützungen signifikant ansteigen können.

Bei der Bemessung von druckbeanspruchten Bauteilen im Holzbau ist die Zunahme der Beanspruchungen infolge der sich einstellenden Verformungen zu berücksichtigen. Die Zusatzbeanspruchungen aus dem nichtlinearen Anwachsen der Verformungen müssen rechnerisch immer dann berücksichtigt werden, wenn sich die Schnittgrößen infolge des geometrischen nichtlinearen Tragverhaltens (Theorie II. Ordnung) um mehr als 10% vergrößern. Zur Erfassung der Zusatzbeanspruchungen nach Theorie II. Ordnung sieht die DIN 1052 zwei Verfahren vor. Der Nachweis kann mit einer Ermittlung der Schnittgrößen am unverformten System mit einer anschließenden Bemessung nach dem Ersatzstabverfahren erfolgen.
Alternativ zum Nachweis nach dem Ersatzstabverfahren können die Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung ermittelt und anschließend eine Bemessung des Querschnitts für Biegung mit Druck durchgeführt werden.
In diesem Beitrag werden die Unterschiede der beiden alternativen Nachweise aufgezeigt, und es wird eine Vorgehensweise vorgeschlagen, bei der beide Verfahren unter Berücksichtigung des Modifikationsbeiwertes für einfache Fälle gleiche Traglasten ergeben.

Kämpf-Stegträger wie die der Eissporthalle in Bad Reichenhall wurden, wenn auch meist in geringeren Dimensionen, in den 1950er und 1960er Jahren vielfach eingesetzt. Sie sind ein Beispiel für die großen Anstrengungen, die man in Forschung und Praxis in diesen Jahren unternahm, um die Leimbauweise im Ingenieurholzbau endgültig zu etablieren. Spätestens Ende der 1960er Jahre war dieses Ziel erreicht. Gleichwohl wurden die Ursprünge des Leimbaus bereits ein halbes Jahrhundert früher durch Otto Hetzer und andere gelegt. Und so ist die Entwicklungsgeschichte des Brettschichtholzträgers einmal mehr ein Beispiel dafür, daß der als Diffusion bezeichnete Prozeß - von der Innovation bis zur allgemeinen Verbreitung und Anwendung einer Neuerung - sich gerade im Bauwesen oftmals über ein bis zwei Generationen erstreckt.

Unter Verwendung des statischen Stabilitätskriteriums wird in Verbindung mit der Energiemethode eine spezielle stabbezogene Finite-Elemente-Formulierung entwickelt, mit deren Hilfe ideelle Biegeknick- und Biegedrillknicklasten von BSH-Bogenbindern bequem berechnet werden können. Wegen des geringen numerischen Aufwandes ist diese Formulierung hervorragend für Parameterstudien geeignet, die aufwendige Einzeluntersuchungen auf der Basis von zwei- oder dreidimensionalen FE-Modellen im Normalfall überflüssig machen. Die Ergebnisse einer solchen Studie an BSH-Kreisbogenbindern mit gebundener Obergurt-Kippachse werden im letzten Teil der Arbeit vorgestellt.

Der Zimmermeister Otto Hetzer aus Weimar erhielt auf die Erfindung eines gebogenen Holzbauteils am 22. 06. 1906 ein Patent. Das gebogene Holzbauteil sollte aus zwei oder mehreren Langholzstäben bestehen, die durch Zwischenfügen eines Klebstoffes zu einem Bauteil verklebt waren. Das neue Konstruktionsprinzip hatte zahlreiche Vorteile wie z. B. die Herstellung beliebig geformter Tragwerke, die Unabhängigkeit vom aus dem Stamm gewinnbaren Holzquerschnitt und die Herstellung statisch günstiger Querschnitte. Dieses Patent hat den Holzbau in den letzten 100 Jahren grundlegend verändert.

Bei einem Bauvorhaben wurde als Tragstruktur für die Glasfassade eine Holzleimstruktur eingesetzt. Da nicht auszuschließen war, daß die Temperatur der Fassadenhölzer unter Sonneneinwirkung eine Größe von 60 °C erreichen konnte, wurde der Einfluß der Temperatur auf die Tragfähigkeit der Leimverbindung untersucht. Hierzu wurden aus dem Bauvorhaben einige Proben entnommen und am iBMB (Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz) der TU Braunschweig unter Variation der Bauteiltemperatur nach DIN 52186 geprüft. Dabei ergab sich bis zu einer Temperatur von 30 °C keine Veränderung der Tragfähigkeit. Bei höherer Temperatureinwirkung von 80 °C betrug die Tragfähigkeit nur noch 30% derjenigen unter Normaltemperatur. Hier wurde der Bruch durch ein Versagen der Leimfuge eingeleitet.

Der Einsatz von Holz als Tragelement in Brücken ist in Deutschland fast ausschließlich auf den Bau von Fuß- und Radwegüberführungen beschränkt. Die Entwicklung neuer holzbasierter Produkte und moderner Technologien eröffnen dem Holzbrückenbau interessante Zukunftsperspektiven. Durch die Blockverleimung von Brettschichtholz sind Hauptträger mit hoher Steifigkeit und Dimensionsstabilität herstellbar. Durch Kombination blockverleimter Holzträger mit einer Betonfahrbahnplatte lassen sich leistungsfähige hybride Überbauquerschnitte in Holz-Beton-Verbundbauweise herstellen, die alternativ zu den herkömmlichen Bauweisen im Straßenbrückenbau eingesetzt werden können. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über den Entwicklungsstand der Holz-Beton-Verbundbauweise im Brückenbau und zeigt statische und konstruktive Besonderheiten auf.

Die UHB-Sanierung ermöglicht die statische, schwingungs- und schalltechnische Ertüchtigung alter Holzbalkendecken ohne die Öffnung der Gefache. Kreuzweise angeordnete Spezialschrauben übernehmen die dabei entstehenden hohen axialen Zug- und Druckbeanspruchungen. Außerdem entsteht ein großer Verschiebungsmodul, der das nachgiebig verbundene Verstärkungssystem sehr günstig beeinflußt. (© 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Bei Beanspruchungen rechtwinklig zur Plattenebene treten unter bestimmten Bedingungen (kleine Stützweiten, kurze Distanzen zwischen Auflager und Krafteinleitung, etc.) hohe Rollschubbeanspruchungen in den querorientierten Brettlagen auf. Das Verformungs- und Versagensverhalten der gesamten Brettsperrholzplatte ist somit stark von den Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften der querorientierten Brettlage abhängig, welche wiederum durch Rohdichte, Imperfektionen (zB. ste, Risse) sowie die unterschiedlichen Jahrringorientierungen der einzelnen Bretter beeinflußt werden. In diesem Aufsatz wird eine FE-Simulation vorgestellt, welche es erlaubt, die bis zum vollständigen Versagen der Platte nacheinander auftretenden Brüche lokal zu identifizieren. Zur Beschreibung der unterschiedlichen Jahrringorientierungen werden hierbei probabilistische Eingangsgrößen verwendet. Die berechneten globalen Last-Verschiebungskurven werden anschließend mit denen aus Bauteilversuchen in Originalgröße verglichen und diskutiert. Ein Verstehen der sukzessiven Bruchabfolge bei Beanspruchung rechtwinklig zur Plattenebene ermöglicht gezielte Konstruktionsverbesserungen.

In diesem Beitrag werden die Auswirkungen des Kriechens und des Betonschwindens auf das Tragverhalten der Verbundkonstruktion untersucht. Dabei wird die zeitliche Veränderung der Werkstoffeigenschaften in einem FE-Modell erfaßt. Insbesondere die Berücksichtigung des Verhaltens von jungem Beton führt zu signifikanten Veränderungen des Tragverhaltens im Vergleich zu Verbundkonstruktionen mit vereinfacht konstant angenommenen elastischen Betoneigenschaften. Außerdem wird der Einfluß der Dauer und des Entlastungsprozesses einer temporären Montageunterstützung untersucht, um praxisrelevante Handlungsempfehlungen zu gewinnen. Der um die Verminderung des Tragvermögens infolge Betonschwindens erweiterte Bemessungsvorschlag erlaubt hingegen eine wirtschaftliche Bemessung und gewährleistet ein ausreichendes Sicherheitsniveau zum Versagenszustand.

Durch die Anwendung der FEM können auch komplexe Strukturen berechnet werden, die sich nicht mehr als Stab- oder Flächentragwerke abbilden lassen. Es ist daher naheliegend, auch das Tragverhalten von Bauteilen oder Bauteilkomponenten in Abhängigkeit von verschiedenen Einflußparametern mit Hilfe von FEM-Modellen zu simulieren. Um dabei aber Versagensmechanismen abbilden zu können, ist es notwendig, das Materialverhalten der Baustoffe im Nachbruchbereich zu berücksichtigen. Es wird ein konstitutives Materialmodell für den Werkstoff Holz vorgestellt, welches das räumlich anisotrope und vom Beanspruchungsmodus abhängige nichtlineare Tragverhalten einbezieht. Durch die Kombination mit einem leistungsfähigen Betonmodell ist es möglich, Holz-Beton-Verbundkonstruktionen zu untersuchen. Anhand der Simulationen von Scherversuchen mit verschiedenen Schubverbindungselementen soll die Leistungsfähigkeit solcher numerischer Modelle verdeutlicht werden.

Das neue Sicherheitskonzept ist mit dem Weißdruck der DIN 1052 auch im Holzbau Stand der Technik geworden. Gerade die Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit bringen dabei die deutlichsten Veränderungen gegenüber dem bisherigen Vorgehen. Der vorliegende Beitrag soll als Arbeitshilfe dienen und das Nachweisverfahren für die wichtigsten Lastfälle transparenter und übersichtlicher machen.

Für die Bemessung von nachgiebig verbundenen Biegeträgern aus Holz und Beton wird vom praktisch tätigen Ingenieur in der Regel das Gamma-Verfahren bevorzugt. Das Verfahren ist Bestandteil nationaler, sowie europäischer Holzbauvorschriften. Für die Berechnung des Langzeitverhaltens ist das Gamma-Verfahren in seiner derzeitigen Form jedoch nur bedingt geeignet, da es z. B. das Schwinden des Betons nicht berücksichtigt. Im folgenden wird aus diesem Grund ein einfaches analytisches Verfahren vorgestellt, bei dem neben dem Kriechverhalten der Materialien Holz und Beton auch deren Schwind- bzw. Quellverformungen sowie das Langzeitverhalten der Schubverbindungsmittel berücksichtigt werden können. Die Anwendung des Verfahrens ist momentan noch auf Innenbauteile beschränkt.

Für die Bewertung der Tragsicherheit von Bauteilen aus Voll- und Brettschichtholz in Lasteinleitungs- und Störbereichen mittels der Bruchmechanik ist die Kenntnis von kritischen Bruchkennwerten Voraussetzung. Realitätsnahe Kennwerte können aus der Kombination experimenteller Untersuchungen zur Bestimmung der Rißaufweitung und der Rißlänge mit daran anschließender FE-Simulation gewonnen werden. Aufgrund der bisher bei konventionellen Meßverfahren nicht ausreichenden Zuordnung der Meßwerte taktil applizierter Meßaufnehmer lag es nahe, das Rißwachstum mit Hilfe der Photogrammetrie zu untersuchen. Mit dem entwickelten Meßsystem ist nunmehr die Möglichkeit der exakten Vermessung der Rißgeometrie zur Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten gegeben. Zusätzlich ermöglicht der Einsatz der Photogrammetrie die Verdichtung der Anzahl variierender diskreter Meßpunkte, so daß ein deutlich vollständigeres Bild der örtlichen Verformungen gewonnen und damit die Aussagekraft eines Versuchs wesentlich verbessert werden kann.

Ein neues FEM-Stabelement für einen n-teiligen, nachgiebigen Verbundquerschnitt wird vorgestellt. Mit Hilfe des Prinzips der virtuellen Arbeit wird die Steifigkeitsmatrix des Elements hergeleitet. Sie besteht aus der Summe der Steifigkeitsmatrizen der Einzelstäbe und der Summe der Steifigkeitsmatrizen der Verbundfugen. Anhand einer bekannten analytischen Lösung des -Verfahrens wird die Lösung verifiziert und validiert. Dem Anwender wird eine maximale Elementlänge l empfohlen.