Abschätzung der Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brett-schichtholz im Rahmen der Linear-Elastischen Bruchmechanik

Borth, Olaf

In der Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, die Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brettschichtholz abzuschätzen. Die Tragfähigkeit dieser Anschlüsse wird nicht allein durch die Tragfähigkeit der mechanischen Verbindungsmittel selbst begrenzt. Die Tragfähigkeit der Verbindungsmittel wird in dieser Arbeit a priori als hinreichend betrachtet. Sie kann z. B. nach der Theorie von JOHANSEN bestimmt werden. Insbesondere bei solchen Anschlüssen, welche unterhalb der Schwerachse von Trägern angeordnet sind, erzeugen die durch die Verbindungsmittel eingeleiteten Lasten Beanspruchungen, welche die Tragfähigkeiten dieser Anschlüsse bestimmen. Die Abschätzung der Tragfähigkeit auf der Basis von Spannungen hat bei dieser Problemstellung methodische Schwächen. Bauteile aus Holz können unter Gebrauchsbedingungen rißbehaftet sein. Mit den Methoden der Linear-Elastischen Bruchmechanik kann die Tragfähigkeit von rißbehafteten Bauteilen beurteilt werden. Es werden wegen der Vielzahl möglicher Ausführungvarianten lediglich Anschlüsse betrachtet, welche mit stiftförmigen Verbindungsmitteln hergestellt werden. Zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte werden numerische Methoden angewendet. Es werden wichtige Parameter dieser Anschlüsse untersucht und hinsichtlich ihrer Berücksichtigung im Rechenmodell bewertet. Zur Verifizierung des Rechenmodells werden Vergleiche mit experimentellen Untersuchungen anderer Wissenschaftler angestellt. Der Einsatz verschiedener Versagenskriterien wird diskutiert. Schließlich wird ein formaler Zusammenhang zur Abschätzung der Tragfähigkeit für einzelne Verbindungsmittel hergestellt. Weiterhin wird die Tragfähigkeit von praxisüblichen Anschlüssen anhand einfacher Zusammenhänge aufgezeigt. zeigt.

The load-carrying capacity of bolted and nailed joints under lateral force perpendicular to grain not only depends on the bearing capacity of the fastener itself. Especially for hangers below the gravity axis the load-carrying capacity is limited by stresses in the structural mem-ber caused by force transfer of the joint. For dowel-type fasteners there is a good estimation of the load-carrying by applying JOHANSEN?s theory. In this examination the strength of the fasteners is recognized as satisfied by this theory. For this reason the paper only deals with the estimation of the load-carrying capacity by consideration of uniaxial stresses due to lateral forces. An estimation of the ultimate load based on nominal stresses according to the theory of elasticity is quite difficult. The reason is the inaccuracy in determining maximum finite or area averaged stress values as well as the formulation of suitable failure criterions. Because of the local force concentration those areas have high stress gradients therefore a high sensibility of global failure strength in respect to the fracture toughness can also be assumed. Fracture toughness is the critical material parameter of linear-elastic fracture me-chanics. The calculation model which is presented in this paper is based on the numerical methods of the LEFM in order to estimate the ultimate limit state of wooden members under local loads perpendicular to the grain, like e.g. of mechanical joints with dowel-type fa-steners. Beside the short presentation of the basic finite element formulation of the LEFM, the influences of structural modeling, material- and structural depended parameters on the results of the strength simulation are presented. For several examples the results of the calculations are compared with the experimental ones published in scientific literature. Fi-nally the application of several fracture criterions will be discussed in order to derivate a simple design formula to predict the limit state strength of perpendicular-to-grain bolted timber connections. The solution will be compared with generally known approaches for this problem.

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Borth, Olaf: Abschätzung der Tragfähigkeit von Queranschlüssen an Trägern aus Voll- und Brett-schichtholz im Rahmen der Linear-Elastischen Bruchmechanik. 2002.

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