Experimentelle und theoretische Untersuchungen zu Holz-Glas-Verbundträgern

Abstract

Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit sind experimentelle und theoretische Untersuchungen zu Holz-Glas-Verbundträgern. Durch den Trend zu transparenten Bauteilen, die dem Betrachter den Eindruck von Leichtigkeit vermitteln, gewinnt der Einsatz von Glas zur Lastabtragung immer mehr an Bedeutung.<br />Am Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau, der TU Wien wurden Formeln zur Bemessung von Holz-Glas-Verbundschubfeldträgern entwickelt. An der Holzforschung Austria, dem größten Prüfinstitut für Holz in Österreich, wurden Belastungsversuche mit Holz-Glas-Verbundschubfeldträgern durchgeführt, deren Ablauf und Ergebnisse in dieser Arbeit beschrieben werden. Die Ergebnisse dieses Projektes wurden im Forschungsendbericht (Hochhauser, W., et al (2011)) publiziert. Diese Diplomarbeit behandelt einen Teil des gesamten Forschungsprojektes. Zur Einführung in die Materie werden die Ausgangsstoffe für die Versuchskörper Holz, Glas, Klebstoffe und Verbindungsmittel beschrieben.<br />Zusätzlich zu den Großprobenversuchen an Schubfeldträgern wurden Kleinprobenversuche durchgeführt. Diese dienten der Ermittlung der Abscherfestigkeit des bei den Großproben verwendeten Klebstoffs Acrylat und des Verschiebungsmoduls der eingesetzten Schrauben. Zu Beginn der Beschreibung der experimentellen Untersuchungen wird die Herstellung der Schubfeldträger erläutert. Bei der Produktion wurden Holz-Glas-Verbundelemente hergestellt, welche beidseitig auf einen Rahmen mit sechs rechteckigen Feldern geschraubt wurden. Anschließend werden die an der Holzforschung Austria in Wien durchgeführten Vier-Punkt-Biegeversuche beschrieben. Im Zuge dieser Versuchsreihe wurden Messungen von Verformungen und Verschiebungen ausgeführt, anhand welcher die Formeln zur Bemessung verglichen und angepasst werden konnten.<br />In dieser Arbeit werden Berechnungsmethoden zur Bestimmung der Durchbiegung des Trägers und der vorherrschenden Kräfte in den Gurten und Pfosten vorgestellt. Nach der Beschreibung der Methoden und Formeln folgt deren Auswertung für den vorhandenen Versuchsträger. Vergleiche zwischen Ergebnissen aus den Berechnungen und aus den Versuchen werden in diversen Diagrammen veranschaulicht und anschließend interpretiert. Im Anschluss an die Erläuterungen zu den Berechnungsmethoden wird ein Beispiel eines Holz-Glas-Verbundschubfeldträgers in Anlehnung an die Träger der Großprobenversuche mit aufgebrachten Gleichlasten (Eigenlast und Nutzlast) durchgerechnet. Es werden der Tragfähigkeitsnachweis der Schubverklebung, der Gebrauchstauglichkeitsnachweis der Trägerdurchbiegung sowie der Gebrauchstauglichkeitsnachweis der Klebstoffverformung durchgeführt.

Experimental and theoretical analyses of wood-glass composite beams are subject of the presented paper. Due to the trend towards building components which have a light and transparent appearance, the use of glass for load transfer is gaining importance. At the Institute of Architectural Sciences, department Structural Design and Timber Engineering, at the Vienna University of Technology equations for the sizing of wood-glass composite shear panel beams have been developed. At the Holzforschung Austria, the biggest Austrian institute for wood testing, experiments with wood-glass composite shear panel beams have been carried out. In the following paper the procedure and the results of these experiments are discussed. The results of this research project are published in the final report (Hochhauser, W., et al (2011)). This master thesis covers a part of the whole research project. As an introduction to the topic the base materials of the test items, wood, glass, adhesive and fasteners, are described. In addition to the large scale experiments with shear panel beams small scale experiments have been carried out. There the shearing strength of the adhesive acrylat and the screws which have been used in the large scale test objects were tested. In the beginning of the description of the experimental analysis the production of the wood-glass composite shear panel beams is explained.<br />Wood-glass composite elements were built and screwed onto both sides of wooden frames with six rectangular fields. Subsequent four-point bending tests, which were carried out at the Holzforschung Austria, are described. By means of measuring extensions and displacements in the test series, the equations for dimensioning have been compared and adjusted to the results of the experiments.<br />This paper shows methods for the calculation of a beam's deflection and the force in the chords and posts. The theoretical description of the methods and formulas is followed by the evaluation for the tested beams.<br />Comparisons between the results of calculation and experiments are first illustrated in several diagrams and afterwards interpreted.<br />Subsequent to the explanations of calculation methods you may find an example of a shear panel beam similar to the large scale test objects with a uniformly distributed load (dead load and service load). The verification of the ultimate limit state for the shear adhesion, the serviceability limit state for the beam's deflection as well as the serviceability limit state of the adhesive's deformation are shown.