Titelaufnahme

Titel
Metallische Verbindungsmittel im Holzbau : Untersuchung der Tragfähigkeit in Abhängigkeit vom Faserwinkel nach Eurocode 5
Weitere Titel
Metal components in wood constructions Analyze of load-carrying capacity as a function of the angle to the grain according to Eurocode 5
AutorInnenHerrnegger, Christian Johann
GutachterHollinsky, Karl Heinz
Erschienen2012
Datum der AbgabeMärz 2012
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Metallische Verbindungsmittel / Kraft-Faserwinkel / Seitenholzdicke / Stahlblech-Holz-Verbindung / Verbindungsmittel / Stabdübel / Passbolzen / Nägel / Holzschrauben / Tragfähigkeit
Schlagwörter (EN)metal fasteners / angle to the grain / timber thickness / steel to timber connectione / fastener / bolts / nails / dowels / screws / capacity / carrying
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Kurzfassung

Der Eurocode brachte mit seiner Einführung neben dem neuen Sicherheitskonzept auch eine Menge an Änderungen bei der Bemessung im Holzbau mit sich. Insbesondere bei der Berechnung der Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln wurden einige Neuerungen eingebracht. Somit beruht der Formelapparat für die Berechnung nach der Theorie von Johansen. Bei dieser Berechnugsmethode werden auf Abscheren beanspruchte stiftförmige Verbindungsmittel nach der Art der Beanspruchung unterschieden. Es ist dabei zwischen einschnittigen, zweischnittigen und mehrschnittigen Holz-Holz, Holz-Holzwerkstoff und Holz-Stahlblech Verbindungen mit innen oder außen liegenden Stahlblechen zu unterschieden. Obwohl nach dieser Methode eine verbesserte Ausnutzung der Materialien und Werkstoffe möglich ist bedarf es auch einen erhöhten Rechenaufwand bei der Berechnung der Beanspruchbarkeit der Verbindung.

In dieser Arbeit wurde die einschnittige Holz-Stahlblech Verbindung untersucht. Zusätzlich wurden Bemessungsdiagramme für eine vereinfachte Bemessung eines Standardfalls erstellt. Dabei wurde auch der Bezug zwischen der Tragfähigkeit und dem Kraft-Faserwinkel für verschiedene Verbindungsmitteldurchmesser dargestellt. Einen maßgeblichen Einfluss auf dieses Tragverhalten hat die Lochleibungsfestigkeit, welche direkt in die Gleichungen einfließt.

Die Diagramme wurden für kleine und große Durchmesser zwischen 8 und 24mm durchgeführt. Anhand von Berechnungsbeispielen wurde die Tragfähigkeit eines stiftförmigen Verbindungsmittels mit einem Winkel von 0°, 30°, 45°, 60° und 90° berechnet. Diese Berechnungen wurden anschließend mit den Diagrammen verglichen.

Als Eingangsparameter für die Diagramme wurde die Schlankheit ? gewählt. Diese berücksichtigt das Verhältnis zwischen der Seitenholzdicke und dem Verbindungsmitteldurchmesser. Aufgrund dieser Diagramme kann sofort auf den maßgebenden Versagensmechanismus sowie auf die dementsprechende Formel nach Önorm EN 1995-1-1 geschlossen werden. Zusätzlich sind die maximal aufnehmbaren Kräfte in den Diagrammen dargestellt. Die Abminderung der charakteristischen Tragfähigkeit wurden für einen Kraft-Faser Winkel von 90° in Prozent zur maximalen Kraft in Faserrichtung angegeben.

Diese Darstellung wurde sowohl für dünne aus auch für dicke Stahlbleche durchgeführt. Dabei ist der Unterschied im Tragverhalten nach Eurocode 5 sehr gut ersichtlich. Für eine vereinfachte Bemessung der aufnehmbaren kräfte einer Stahlblech-Holz Verbindung sind diese Bemessungsdiagramme sehr hilfreich und sollten für alle Einbausituationen erstellt werden.

Mit dem Ergebnis dieser Arbeit ist es somit möglich eine Abschätzung der Tragfähigkeit für Nägel, Bolzen, Stabdübel, Passbolzen und Schrauben mit einem Durchmesser von 8 bis 24mm vorzunehmen.

Zusammenfassung (Englisch)

Abstract

The introduction of the new method to dimension timber structures with Eurocode 5 has brought a lot of changes to the design of timber, in particular, to the calculation of the carrying capacity of connections with metal fasteners. There are a lot of new rules to follow. The new calculation method is based on the theory of Johansen. In this method lateral load-carrying metal dowel-type fasteners are differentiated by the type of stress. There are differences between single shear, double shear, and multiple sheared timber to timber, panel to timber and steel to timber connections with a central member or an outer member of connection. Although this method improves the utilization of the material, calculating the capacity of the connection is a lot more complex.

In this thesis only single-sheared steel to timber connections have been reviewed. In addition load-carrying diagrams of a standard case were created. In the process also the relation between the capacity and the angle to the grain was shown for different diameters of fasteners. The embedment strength in timber has a significant influence on this behavior and directly influences the equations.

The diagrams were made for small and large diameters between 8 and 24 millimeters. By using examples, the load-carrying capacity of a metal dowel-type fastener with an angle to the grain of 0°, 30°, 45°, 60°, and 90 degrees was calculated. After this the calculations were compared to the diagrams.

The slimness λ was selected as an input parameter for the diagrams. The slimness considers the relationship between the thickness of the timber to the diameter of the fastener. These diagrams allow the immediate determination of the relevant failure mechanism and the corresponding formula in ÖNORM EN 1995-1-1. In addition, the maximum forces are shown in the diagrams. The reduction in the characteristic resistance has been reported for an angle to the grain of 90 degrees as a percentage of maximum force in the direction of the grain.

This diagram has been made for thick and thin steel plates. Thereby the difference of structural behavior to Eurocode 5 can be seen very well. These diagrams are very helpful for a simplified calculation of the maximum force of a steel to timber connection and should be provided for all types of stress.

With the results of this work it is possible to carry out an assessment of the load-bearing capacity for nails, bolts, dowels, and screws with a diameter of 8 to 24mm.

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