Forschungsthema:
Trag-, Verformungs- und Ermüdungsverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken
Arbeitsgruppe:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl Rautenstrauch
Dipl.-Ing. Jens Müller
Forschungsbeteiligte:
Professur Holz- und Mauerwerksbau der Bauhaus-Universität Weimar
Versuchstechnische Einrichtung (VTE) der Bauhaus-Universität Weimar
Firma Bennert GmbH, Hopfgarten b. Weimar
Fa. STRAB Ingenieurholzbau Hermsdorf GmbH
Forschungsförderer:
Das Forschungsprojekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) unter der Vorhabennummer 16266 BR in Zusammenarbeit mit dem internationalen Verein für Technische Holzfragen e. V. (iVTH e. V.) als Nachfolger der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung e. V. (DGfH e. v.) finanziert. Für die gewährte Unterstützung sei allen Förderern auch an dieser Stelle recht herzlich gedankt.
Zusammenfassung
Aufbauend auf den Erkenntnissen des AiF-Vorgängerforschungsvorhabens 14275 BR, dessen wichtigste Ergebnisse die Entwicklung eines für die Anwendung in Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken geeigneten Schubverbundelementes und die Überführung dieses Prototyps mit Hilfe eines Pilotprojektes in die Praxis waren, konnten nunmehr im Rahmen dieses Forschungsprojektes wichtige weiterführende Untersuchungen zum Trag- und Ermüdungsverhalten des Verbundelementes Dübelleiste durchgeführt werden.
Im Forschungsprojekt lag dabei der Fokus der durchgeführten experimentellen und numerischen Untersuchungen hauptsächlich auf der Gewinnung von Erkenntnissen zur Beurteilung des holzseitigen Ermüdungstragverhaltens der Dübelleiste. In diesem Zusammenhang war die Durchführung einer Vielzahl sehr aufwendiger sowie zeitintensiver experimenteller Bauteilversuche notwendig, bei denen neben der bekannten, konventionellen Verbundfugenausbildung auch ein neues, modifiziertes Fugendesign untersucht werden konnte, welches durch die zusätzliche Anordnung jeweils eines Polymerbetonverguss-Streifens im lastübertragenden Kontaktbereich zwischen der Stahlplatte der Dübelleiste und dem angeschnittenen Hirnholz im Kervenbereich der blockverleimten Brettschichtholzträger charakterisiert ist.
Neben elf Kurzzeitschertests konnten insgesamt 24 Versuche unter schwellender Druckbelastung mit drei unterschiedlichen Lastniveaustufen, deren Oberlasten 40, 50 und 60 % der mittleren Kurzzeitbruchlast betrugen, durchgeführt werden. Dabei zeigen sowohl die experimentellen Ergebnisse der Kurzzeitscher- als auch der Versuche unter oft wiederholter Beanspruchung deutlich die Vorteile der Anordnung einer Polymerbeton-Vergussfuge im lastübertragenden Bereich. Der Einsatz des hochfesten Reaktionsharzmörtels ermöglicht dabei einen Ausgleich stets vorhandener geringer Herstellungstoleranzen, sodass die Dübelleiste voll kraftschlüssig in die im Holz vorgefräste Kerve eingebaut werden kann. Infolge dieser Passgenauigkeit und der damit verbundenen Eliminierung des Anfangsschlupfes können hohe Verbundelementsteifigkeiten sowie eine sehr gleichmäßige Lastverteilung in der Holzkontaktfuge erreicht werden, was wiederum im Vergleich zur konventionellen Fugenausbildung ohne Verguss-Streifen zu deutlich geringeren Schwankungsbreiten bei den experimentellen Ergebnissen führte und somit zu einer sicheren schlupffreien Schubkraftübertragung wesentlich beitrug.
Im Nachgang der sehr aufwendigen experimentellen Versuche unter oft wiederholter Belastung mit einer Mindestschwingspielzahl von über zwei Millionen Lastwechseln sowie einer jeweils benötigten Laufzeit von etwa zehn Tagen, konnten auf Basis statistischer Analysen, in Anlehnung an sogenannte „Wöhlerlinien“, Vorschläge für Ermüdungskennlinien für die beiden unterschiedlichen Ausbildungen der Holzscherfuge erarbeitet werden, welche somit eine zuverlässige Beurteilung des Ermüdungstragverhaltens der Dübelleiste erlauben. Die auf diese Weise erarbeiteten Resultate zur Dauerfestigkeit bzw. zum Verlauf der Kurzzeit-, Zeit- und Dauerfestigkeitsgeraden für beide Verbundfugenausbildungen konnten in das in Eurocode 5 (DIN EN 1995-2) bestehende Nachweiskonzept zu Ermüdungsbeanspruchungen nahtlos integriert und somit ein praxisgerechter Bemessungsvorschlag unterbreitet werden.
Veröffentlichungen
- Rautenstrauch, K.; Müller, J.
„Trag-, Verformungs- und Ermüdungsverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken“
Kurzbericht (deutsch und englisch) zum IGF-Vorhaben 16266 BR (AiF) zur Veröffentlichung für die iVTH-Mitglieder Bauhaus-Universität Weimar, September u. November 2011 - Mueller, J.; Rautenstrauch, K.
„Fatigue Behaviour of the Stud Connector Used for Timber-Concrete Composite Bridges“
Paper 44-7-3 of 44th CIB-W18-Meeting, Alghero, Italy, September 2011 - Müller, J.
„Zum Tragverhalten spezieller Verbundelemente für Holz-Beton-Verbundstraßenbrücken unter zyklischer Beanspruchung“
In: Tagungsband zum Doktorandenkolloquium „Forschung und Praxis im Holzbau 2012“, Universität Stuttgart, März 2012 - Rautenstrauch, K.; Mueller, J.
„Fatigue Behavior of Timber-Concrete Composite Road Bridges“
In: Proceedings of Early Stage Researchers Conference of COST Action FP 1004 “Enhance mechanical properties of timber, engineered wood products and timber structures”, ISBN 85790 176 2, Zagreb, Croatia, April 2012 Beitrag