Fatigue Behaviour of notches and self-drilling fully threaded screws for the application as connection in Timber-Concrete Composite Beams
Final Report Abstract
An der Technischen Universität Braunschweig wurde das Ermüdungsverhalten von Verbindungen und Verstärkungen mit selbstbohrenden Vollgewindeschrauben unter lateraler und axialer Beanspruchung der Verbindungsmittel experimentell untersucht. Die maßgebende Trag- und Versagensmechanismen wurden identifiziert und im Einzelnen untersucht. Die Erkenntnisse wurden in einem ingenieurmäßigen Rechenmodell zusammengeführt, um Verbindungen und Verstärkungen charakterisieren zu können. Die Auswertung erfolgte gestützt durch numerische Simulation und multiple lineare Regression und einem Modell zur Anwendung von Versuchsdaten aus Axialversuchen bei Verbindungen mit lateraler Schraubenbeanspruchung. An der Universität Stuttgart wurden Kerven als Verbindungsmittel für Holz-Beton-Verbundbrücken sowohl an Push-Out als auch HBV-Trägerversuchen unter statischer und zyklischer Belastung untersucht. Für ein Kräfteverhältnis von R = 0.1 und R = 0.4 wurden Wöhlerlinien abgeleitet. Es zeigte sich, dass der in DIN EN 1995-2, A.3 bereits verankerte Ermüdungsnachweis für Holz auf Schub auch für den Ermüdungsnachweis im Holzelement von HBV-Brücken mit Kerven mit ausreichender Sicherheit anwendbar ist. Weitere Versuchsserien wurden mit Vollgewindeschrauben (die parallel auch an der TU Braunschweig untersucht wurden) zur Vorholzverstärkung durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass für das damit verstärkte Vorholz keine höheren statischen Tragfähigkeiten bzw. höhere aufnehmbare Lastspielzahlen erreicht werden konnten. Versuche im Mehrstufenkollektiv zeigten eine positive Tendenz, die Hypothese der linearen Schadensakkumulation nach Palmgren und Miner auch für Holz unter zyklischen Schubbeanspruchungen anwenden zu können. Die Ergebnisse aus den statischen und den zyklischen Versuchen im Einstufenkollektiv (für R = 0.1 und R = 0.4) wie auch die Ergebnisse aus den Versuchen im Mehrstufenkollektiv stellen einen Beitrag zum aktuell in der Entstehung befindlichen neuen Normenteil zu Ermüdung in der zukünftigen Version der EN 1995-1-1, Kapitel 8.6 dar. Durch Mitarbeit beider Projektpartner in nationalen und internationalen Holzbau-Normungsausschüssen fließen die Forschungsergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse kontinuierlich in die Normungsarbeit mit ein. Dies gilt sowohl für die CEN/TC250/SC5/WG3/WG7 (Working Group Fatigue), in der der neue Normenteil zu Ermüdung in der zukünftigen Version der EN 1995-1-1 erarbeitet wird, als auch für den NA 005-04-01-16 AK (Arbeitskreis Eurocode 5 – Holzbrücken), in dem u.a. der aktuelle Teil zu Ermüdung überarbeitet und ergänzt wird. Aufbauend auf dieses Forschungsprojekt sollten weiterführende Untersuchungen durchgeführt werden. Im durchgeführten Projekt zeigte sich neben einem Schubversagen im Holz teilweise auch ein Versagen in der Betonnocke. Daher sollten die Einflüsse auf den Versagensmodus untersucht werden. Neben Versuchen mit unverstärkter Betonnocke sollten auch Versuche mit Verstärkung der Betonnocke durch selbstbohrende Tellerkopfschrauben durchgeführt werden, die konstruktiv in der Praxis als Abhebesicherung ohnehin einzubauen sind. Gleichzeitig sollte das Ermüdungsverhalten der selbstbohrenden Tellerkopfschraube im Einzelnen untersucht und für eine größtmögliche Wirksamkeit der gewonnenen Ergebnisse zudem die Eigenschaften der Schrauben als Verbindungsmittel in Holz-Holz- Verbindungen getestet werden. Die allgemeine experimentelle Datenbasis zur Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens verschiedener selbstbohrender Schrauben sollte zudem erweitert werden.
Publications
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(2020): Ermüdungsverhalten von Kerven als Verbindungsmittel für Holz-Beton-Verbundbrücken. In: Bischoff, M.; Scheven, M. von; Oesterle, B. (Hrsg.): Berichte der Fachtagung Baustatik - Baupraxis 14, Konferenzband, ISBN: 978-3-00-064639-3, Universität Stuttgart
Mönch, S.; Kuhlmann, U.; Gerold, M.
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(2020): Fatigue Behaviour of Notched Connections for Timber-Concrete-Composite Bridges. In: International Network on Timber Engineering Research, INTER 2020, Online-conference, 17. - 19. August 2020
Mönch, S.; Kuhlmann, U.
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(2020): High-cycle Fatigue Behaviour of a Self-tapping Timber Screw under Axial Tensile Loading. Journal of Failure Analysis and Prevention 20 (2), S. 580-589
Niebuhr, P. & Sieder, M.
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(2021): High-cycle fatigue behaviour of a timber-to-timber connection with self-tapping screws under lateral loading. European Journal of Wood and Wood Products 79, S. 785–796
Niebuhr, Peter & Sieder, Mike
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(2022): Notched Connections for Timber-Concrete-Composite Bridges – Investigations on the Fatigue Behaviour. In: 4th International Conference on Timber Bridges ICTB 2021 PLUS, Biel, Switzerland, 09. - 12. May 2022 (Konferenz verschoben von 09-2021 auf 05-2022) – Abstract angenommen
Mönch, S.; Kuhlmann, U.
