Additional numerical simulations for highly efficient amplification of local load transmitting areas of timber engineering structures using multiple polymer concrete cast-in joints
Final Report Abstract
Anspruchsvolle sowie lokal hochbeanspruchte Ingenieurholzkonstruktionen sind heute bereits Stand der Technik. Durch hybride Bauweisen und die vorgestellten Vergussbereiche können weitere wirtschaftliche Anwendungsbereiche für den Holzbau erschlossen werden. Holz besitzt aufgrund seiner wuchsbedingten Struktur in Querrichtung deutlich geringere Steifigkeiten und Festigkeiten. Tragwerke mit hoher lokaler Lastkonzentration, wie in Auflager- und Lasteinleitungsbereichen erfordern statisch optimierte Bauweisen. Ein möglicher Lösungsansatz ist der Einbau von Querdruckverstärkungen. Eine vollkommen neue Verstärkungsmethode stellt das Einbringen von sogenannten Verguss-Säulen dar. Die hohe Effizienz derartiger Verstärkungslösungen bei gleichzeitigem vollem Toleranzausgleich konnte in unterschiedlichen experimentellen Versuchsaufbauten an klein- und großformatigen Probekörpern bereits erfolgreich aufgezeigt werden. So wurde beispielsweise der Einfluss der Randabstände, Vergussdurchmesser sowie der vorgestellten Serien- /Mehrfachanordnung der Vergusselemente auf die Lastverteilung unter Berücksichtigung des Brettschichtholzaufbaues mit der Jahrringstruktur auf der Basis numerischer Simulationen ausgewertet. Bautechnisch ist der Einfluss derartiger Serien- /Mehrfachanordnung der Vergusselemente als sehr positiv zu bewerten und kann somit dazu beitragen, immanente Schwachpunkte der Holzbauweise weitgehend zu eliminieren, so dass die Wettbewerbsfähigkeit des Holzbaues gesteigert wird. So kann mittels den im vorliegenden Forschungsprojekt insbesondere die für den Baustoff Holz als schwächere Materialachsen zu bezeichnende tangentiale und radiale Richtung deutlich in ihren Tragfähigkeiten unter Querdruckbeanspruchungen bis um den Faktor 3 gesteigert werden. Im Gebrauchslastfall war sogar eine Steigerung des zulässigen Querlasteintrages am Auflager um das 4-6-fache zu verzeichnen. Konstruktive Lösungen für lokal hochbeanspruchte Lasteinleitungsflächen senkrecht zur Faserrichtung des Holzes ermöglichen es dem praktisch tätigen Ingenieur ausgehend von den numerisch ermittelten Bruchlasten sowie einhergehender Versagensformen und Indikatoren anhand der im Anhang bereitgestellten Tabellen und Ergebnisflächen geeignete Verstärkungsmaßen zu konzipieren. Mittel der Serien- /Mehrfachanordnung der Vergusselemente aus Polymerbeton ist es weiterhin möglich, die bauseitig geforderten „harten“ Lasteinleitungspunkte durch übliche Stahleinbauteile zu ergänzen und damit wie zuvor dargestellt auch gleichfalls bei vollem Toleranzausgleich einen zusätzlichen Beitrag zur Bauzeitverkürzung zu ermöglich. In diesem Forschungsprojekt entwickelte Verstärkungsmaßnahmen können damit dem Holzbau eine neue Wertschöpfung im ständig schneller werdenden Bauprozess eröffnen. Hierdurch kann nach Auffassung der Verfasser die Akzeptanz und Wettbewerbsfähigkeit des Baumaterials Holz bei künftigen komplexen Bauaufgaben weiter gesteigert und damit insgesamt ein positiver Beitrag für die „Nachhaltigkeit“ zukünftiger Bauwerke erzielt werden. Darüber hinaus bieten die im Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse aber noch eine Vielzahl weiterer Optimierungsmöglichkeiten, um beispielsweise biegesteife Anschlüsse mit einer wesentlich größere Momententragfähigkeit bei gleichzeitig hoher Querkraftaufnahme zu realisieren. Werksseitiges Einbringen der Verguss-Säulen selbst mit weiteren Verstärkungselementen (Wendelbewehrung für die Verguss-Säulen) und integrierte Schraubanschlüsse (mit Gewinde) für die effiziente kraftschlüssige Anbindung an andere Bauteile (z.B. aus Stahl oder Stahlbeton) bieten weitere Vorteile, um die Bauzeiten zu verkürzen und kann somit dazu beitragen die Akzeptanz des Baumaterials Holz weiter zu steigern und damit die „Nachhaltigkeit“ zukünftiger Bauwerke zu erhöhen.
