Verbundwerkstoff Schraube-Holz

  Ausziehversuche mit Vollgewindeschrauben Tragkonstruktionen  

Vollgewindeschrauben als Bewehrung in Brettschichtholzbauteilen

Selbstbohrende Vollgewindeschrauben (VGS) stellen aufgrund ihrer hohen Festigkeit und ihrer verfügbaren Länge von 1000 mm ein Basiselement für die Verstärkung und direkte Fügung von Holzbauteilen dar. Bedingt durch den hohen Anteil an Gewindefläche im Verhältnis zum Kernquerschnitt und wegen des kontinuierlichen Verbundes des Vollgewindes mit dem Holz sind die Verbundeigenschaften von VGS hervorragend und vergleichbar mit denen einer Stahlbetonbewehrung.
Die systematische Verstärkung und Fügung von Brettschichtholzbauteilen mittels Vollgewindeschrauben im Sinne einer Bewehrung, wurde im Rahmen mehrerer Teilprojekte am Lehrstuhl für Tragkonstruktionen mit Bauteilversuchen untersucht. Mangels verwertbarer Kenntnisse zum Verbundverhalten des Verbundwerkstoffes Schraube-Holz - insbesondere bei großen Verbundlängen (le > 20d) mussten die bezogen auf das Verbundverhalten notwendigen Einbaulängen der Schrauben durch maximal verfügbare oder geometrisch mögliche einbaubare Längen ersetzt werden.

 

Mittels experimenteller, analytischer und numerischer Untersuchungen werden die Grundlagen zum Verbundverhalten eines Schraube-Holz-Verbundwerkstoffes, unter Berücksichtigung der Anisotropie des Holzes bei Kurzzeit- und Langzeitanwendungen, erarbeitet, damit eine fundierte Bemessung von Bauteilen und Fügungen sowie die Ermittlung von Schraubenkonfigurationen im Sinne einer Bewehrungsführung ermöglicht wird.
Hierbei wurde anhand der Auszugversuche von Vollgewindeschrauben mit unterschiedlichen Winkel zur Holzfaserrichtung ein Modell zur Kraftübertragung zwischen Schraube und Holzmatrix entwickelt, das zum einen von einer rein schubverbundbeanspruchten Hüllfläche um das Schraubengewinde herum ausgeht, zum anderen von einem mittelbaren Trageffekt, bei dem sich das Schraubengewinde infolge der Verformung durch ringförmige Reaktionskräfte in der umgebenden Matrix abstützt. Die fotooptische Verformungsanalyse ermöglicht es, die globalen Verformungen und Dehnungen sowohl in Belastungsrichtung, als auch senkrecht dazu getrennt voneinander zu untersuchen.

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