Forum HOLZ Bau Garmisch 2017BBV –Brettsperrholz-Beton-VerbundEntwicklung & Ermittlung der...

BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundEntwicklung &Ermittlung der mechanischen EigenschaftenGeorg Jeitler HASSLACHER NORICA TIMBERManfred Augustin holz.bau forschungs gmbh / Graz

Forum HOLZ|Bau Garmisch 2017

BBV – Brettsperrholz-Beton-Verbund hasslacher.com

Über HASSLACHER NORICA TIMBERStandorte | Umsatz | Mitarbeiter | Einschnitt

Gründung: 1901Standorte: 8 Standorte in 4 LändernVertrieb: in über 40 LänderMitarbeiter: 1.500Einschnitt: 1,2 Mio. fmLeimholzprodukte: ca. 560.000 m³


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundInhalt der Präsentation

• Allgemeines zu Holz-Beton-Verbund

• Entwicklung des BBV-Elements und Herstellung des Verbundes

• Material und Methoden, Prüfungen und Ergebnisse

• Überblick über das BBV-System und Ausblick


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundAllgemeines zu Holz-Beton-Verbund

• um 1900: Erste Entwicklungen zu Holz-Beton-Verbund, Stahl war Mangelware Ersatz der zugbeanspruchten Bauteile durch Holz.

• 1922 Patenteinreichung durch Paul MüllerSchubanbindung durch aufgenagelte Stahlbügel

• 1930iger Jahre Zahlreiche Entwicklungen in den USA

• 1939 Patenteinreichung durch Otto SchaubEinhängen von Z- und I-Profilen zur Herstellung des Schubverbundes

Auszug aus der Patentschrift von Otto Schaub über eine Holz-Beton-Verbunddecke, 1939



• bis heute: Entwicklungen im Bereich der Verbindungsmittel für eineeffiziente Ausführung von HBV-Konstruktionen:- Arbeitsaufwand- Materialeinsatz- Wirtschaftlichkeit

• Allgemeine Vorteile von Holz-Beton-Verbund:- optimierter Materialeinsatz von Holz (Zug) und Beton (Druck)- geringeres Eigengewicht als vergleichbare Decke in Stahlbeton- verbesserte bauphysikalische Eigenschaften: Schallschutz- Verbesserung des Brandschutzes- geringere Schwingungsanfälligkeit: Höhere Steifigkeit und Masse



Verbindung zwischen Holz und Beton stellt die zentrale Themenstellung dar• Verschiebungsmodul Kser beeinflusst die Gesamtsteifigkeit des Systems• Festigkeit beeinflusst die einzubringende Verbindungsmittelanzahl

Art der Verbindungsmittel zur Herstellung des VerbundesAllgemeine Betrachtung des Wertebereiches des Verschiebungsmoduls


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundEntwicklung des BBV-Elements

Darstellung der Herangehensweise im Zuge der Entwicklungan Hand der Parameter des g-Verfahrens

n n2

ef i eig,i i i i i

i=1 i=1

(E I) = E I + γ E A a

Eine hohe Biegesteifigkeit des Elementes (E∙I)ef wird folglich erreicht durch• Die Anwendung von Baustoffen mit möglichst hohen Steifigkeiten Ei (und Gi)• Entsprechend hohe Querschnittswerte, wie Eigenträgheitsmoment Eeig,i

und Querschnittsfläche Ai

• Möglichst hoher g-Faktor hohe Fugensteifigkeit bzw. Verschiebungsmodul Kser

• Einen optimierten, möglichst großen Abstand der Schwerpunkte der Einzelquerschnitte ai vom Schwerpunkt des Gesamtquerschnittes

BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundEntwicklung und Herstellung des Verbundes

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60 (80) mm Mikrofaserbeton, C30/37 (Em = 33.000 N/mm²)

Gitterträger Stegbewehrung, Verdrängungskörper ai

100 mm Brettsperrholz als unten liegendes Zugband

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Anordnung von Ausfräsungen (im Grundriss):tropfenförmige, horizontal liegende Schubkonsolen stellendie Verbundwirkung her.

n n2

ef i eig,i i i i i

i=1 i=1

(E I) = E I + γ E A a



Idee des Schubverbundes über tropfenförmige Ausfräsungen

Erste Umsetzung anhand der zu prüfenden Kleinversuche



Fräsung der Großversuche Betonieren zweier Großversuchskörper


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundMaterial und Methoden – Schubprüfungen

53 Schubprüfungen an verschiedenen Konsolenausbildungen

Untersuchte Varianten:• Form: „rechteckig“ und „tropfenförmig“• Bewehrung: Bewehrung der Konsole mittels Verbügelung• Konsolenbreite: bcon = 50 mm und 75 mm• zusätzlicher Klebstoff

a) b) c)„rechteckig“ „tropfenförmig“ Versuchsanordnung



a)

b)

c) d)

Typische Bruchbilder aus den Schubprüfungena.) Betonrisse bei Ausrundungb.) lokales Druckversagen bei Beton; c.) im Holzd.) Abscheren der Außenlage des Brettsperrholzes



Zusammenfassung der Ergebnisse in Abhängigkeit der Variationen

• Form der Schubkonsole Vergleich rechteckig und tropfenförmig• Tragfähigkeit + 15 %• Steifigkeit + 26 %

• Konsolenbreite bcon = 50 mm und 75 mm Druckfläche +50%• Tragfähigkeit + 44 %• Steifigkeit + 26 %

• zusätzliche Bügelbewehrung der Konsole• Tragfähigkeit + 13 %• Steifigkeit + 12 %

a) b) c)Prüfergebnisse charakt. Tragfähigkeit Verschiebungsmodul- bewehrte Konsole, bcon = 50 mm Fk = 100 kN Kser = 095 kN/mm- bewehrte Konsole, bcon = 75 mm Fk = 150 kN Kser = 120 kN/mm


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundMaterial und Methoden – Biegeversuche

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Durchführung von Biegeversuchen (ohne Klebstoffschichte, mit Bügelbewehrung)

• Ziel: Validierung des Berechnungsmodells

Serie B1 – VollQSbcon = 50 mm | n = 3

Serie B2 – RippenQSbcon = 75 mm | n = 3

Serie B3 – Betonkörpern = 3

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Biegeprüfkörperje Seite3 Schubkonsolen



Typische Versagensbilder der Biegeprüfungen

a) Ausscheren des Vorholzes

a) b)

b) Biegebuch

Beobachtungen:• Bei allen 6 Prüfungen: 1.) Ausscheren des Vorholzes; 2.) Biegebruch• Die Prüfungen bis zum endgültigen Versagen zeigten, dass die Bewehrung ins

Fließen kommt gewünschtes duktiles Verhalten des Bauteils.



Typische Versagensbilder in der VerbundfugeDie Biegeprüfkörper wurden nach der Prüfung aufgetrennt, um die Verbundfugebeurteilen zu können.

Stirnholzpressung im Brettsperrholzelement Risse in der Schubkonsole

b)a) c)

Fazit• Vergleichbare Versagensmechanismen wie bei den Kleinversuchen• Schubkräfte werden primär über die Stirnholzpressung übertragen


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundÜberblick über das BBV-System

LIGNOTON® - Regelquerschnitt

Aufbau

60 mm Beton C30/37 mit Kunststoff-Mikrofaser

20 bis 340 mm Stahlbetonrippe / Verdrängungskörper aus Dämmstoff/ Gitterträger

100 mm Brettsperrholz NORITEC X-LAM 5s


BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundÜberblick über das BBV-System

LIGNOTON® - System

(1)

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(5)(1)

1.) Installationsmöglichkeiten an den Stoßstellen

2.) Verdrängungskörper aus leichtem Dämmstoff

3.) Dämmschüttung ausBlähton

4.) Varianten: Verfüllung mit Ortbeton oder Betonfertigteilplatten

5.) Übliche Plattenstöße: Deckbrett, Falzbrett, Stufenfalzempfohlen: X-fix C mit Nut-Feder-Verbindung


X-fix C - Systemdeckenverbinder

BBV – Brettsperrholz-Beton-VerbundÜberblick über das BBV-System & Ausblick

Gegenwart und Ausblick

• Modellbildung: Ein Stabwerksmodell, das mithilfe der Biegeprüfungen validiert wurde, konnte entwickelt werden.Diskrete Einleitung der Schubkräfte g-Verfahren nicht möglich.

• Vorbemessung: Tabellen für Grenzspannweiten bei vorgegebenen Belastungen wurden entwickelt.

• Optimierung: Laufende Optimierung des Systems an der holz.bau forschungs gmbh und am Institut für Holzbau und Holztechnologie der Technischen Universität Graz.

• Europäisch Technische Bewertung:Alle Prüfungen wurden auf Basis eines EADs erstellt.Die Europäisch Technische Bewertung wird mit Frühjahr 2018erwartet.


Danksagung

• Ing. Hans Ulrich Terkl für die Idee einer neuartigen Herangehensweise und die gute Zusammenarbeit, auch weiterhin

• DDI Wolfgang Steiner für die statisch-konstruktive Begleitung

• holz.bau forschungs gmbh Entwicklung eines serienreifen ProduktesDI Katarina Bratulic Prüftechnische Begleitung und Modellbildungcand.-ing. Markus Tripolt weitere Optimierungsschritte

Kontakt & ProduktmanagementDI Georg Jeitler | HASSLACHER Holding GmbHfrom wood to wonders by [email protected] | +43 664 88630522


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