Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wirtschaftliche Dimensionierung von Holztragwerken durch leistungsfähige Stahl-Holz-Stabdübelverbindugnen

Die Ausbildung von Knotenpunkten mit hochleistungsfähigen und einfach herzustellenden Verbindungen ist der Schlüssel für die wirtschaftliche Optimierung von Holztragwerken. Zur Leistungsfähigkeit der Knoten gehört neben einer hohen Tragfähigkeit, auch eine hohe Steifigkeit und idealerweise eine hohe Duktilität. Diese Eigenschaften können durch die Zahl und die Anordnung der Verbindungsmittel im Knoten und vor allem auch durch die gezielte Verstärkung, zum Beispiel mit Vollgewindeschrauben, erreicht werden. Während die Tragfähigkeit bisher schon recht zutreffend in den normativen Regelungen erfasst ist, ist die rechnerische Beschreibung der Steifigkeit bisher nicht befriedigend, obwohl die Erfassung der Anschlusssteifigkeit, zum Beispiel für Dübelkreise in Rahmenecken, im Holzbau üblich ist.

Forschungsziel des geplanten Vorhabens ist es daher, eine wirtschaftlichere Auslegung von Holztragwerken durch die Ausbildung von leistungsfähigen Stahl-Holz-Stabdübelverbindungen zu erreichen und einen gezielten Ansatz von Anschlusssteifigkeiten zu ermöglichen. Das Last-Verformungsverhalten dieser Verbindungen muss dazu weiter untersucht werden, um den Einfluss wichtiger bei der Bemessung bisher nicht berücksichtigter Einflussfaktoren auf die Steifigkeit, wie die Anzahl der Stabdübel, der Kraft- Faser-Winkel oder das Einbringen von Verstärkungsmaßnahmen, quantifizieren zu können. Durch die Kombination von experimentellen Untersuchungen, einer zweigleisigen analytischen Vorhersage und numerische Untersuchungen soll das Last-Verformungsverhalten von Stahl-Holz-Stabdübelverbindungen detailliert untersucht werden. Sowohl Planern als auch kleineren, ausführenden Firmen (KMU) wird es dadurch ermöglicht, unterschiedliche Einflussparameter auf die Steifigkeit zu erfassen und trotzdem einen einfachen Nachweis nach gewohnter Vorgehensweise zu führen. Somit kann auf einfache Art und Weise eine Optimierung von Tragwerken erfolgen und deren Wirtschaftlichkeit erhöht werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden wichtige Einflussfaktoren auf das Last-Verformungsverhalten von Stahl-Holz-Stabdübelverbindungen erarbeitet. Durch die zahlreichen experimentellen Untersuchungen und eine Literaturrecherche wurde eine breite Datenbasis an Steifigkeitswerten für unterschiedliche Verbindungsmitteldurchmesser erarbeitet. Diese dient als Grundlage für die Erstellung analytischer und numerischer Vorhersagemodelle. Die Ergebnisse können bereits in ersten Teilen in die Normung (Eurocode 5) aufgenommen werden.

Die Modellierung von Stabdübelverbindngen auf Basis der FEM wurde vorgestellt und deren Anwendbarkeit für die untersuchten Varianten nachgewiesen. Das Last-Verformungsverhalten dieses Verbindungstyps lässt sich so für eine Vielzahl von Geometrien und Materialien mit einem überschaubarem Aufwand ermitteln. Mittelfristig ist die Implementierung der Vorhersagemodelle zur Anschlusssteifigkeit in kommerzielle Bemessungsprogramme als praxistaugliche Umsetzung zu empfehlen. Dem Ingenieur werden so durch die Forschungsergebnisse Möglichkeiten aufgezeigt, das Verformungsverhalten von Knotenpunkten mit Stabdübeln vorherzusagen.