Zum Langzeitverhalten von Holz-Beton-Verbunddecken - Theoretische und experimentelle Untersuchungen

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist, das Langzeitverhalten von Holz-Beton-Verbund-Decken (HBV-Decken) zu erforschen. HBV-Decken wurden bereits eingehend untersucht und es steht fest, dass die Verbindungsmittel eine entscheidende Rolle beim Trag- und Verformungsverhalten von HBV-Decken spielen. In dieser Arbeit wird das Langzeitverhalten eines neuen, unerforschten HBV-Systems mit besonderen Verbindungsmitteln analysiert. In diesem HBV-System werden die Holzbalken und der Beton mit vernagelten Schubblechen und zusätzlichen Kerven verbunden. Um das HBV-System zu erforschen, werden HBV-Träger hergestellt, die dann sowohl experimentell als auch numerisch untersucht werden. In dieser Diplomarbeit werden zuerst werden die wichtigsten theoretischen Grundlagen zum zeitabhängigen Materialverhalten zusammengetragen. Es wird auf das Langzeitverhalten von Holz, Beton, den Verbindungsmitteln, sowie auf das Langzeitverhalten von HBV-Konstruktionen eingegangen. Anschließend werden die Verformungen der untersuchten HBV-Träger berechnet. Mithilfe eines Stabwerksprogramms werden die HBV-Träger als Stabmodelle entworfen. Um das Kriechverhalten zu simulieren, werden die Steifigkeiten der Stäbe mit Kriechzahlen abgemindert. Um die Schwindverformungen zu implementieren, werden Dehnungen auf das Stabmodell aufgebracht. Die Berechnung wird so modifiziert, dass die Langzeitverformungen der HBV-Träger zu jedem Zeitpunkt berechnet werden können. Hierfür wird ein Programm geschrieben, welches das Stabwerksprogramm ansteuert und zu jedem Zeitpunkt die Steifigkeiten und die Dehnungen ändert, und dann die Langzeitverformungen berechnet. Daneben werden die HBV-Träger experimentell untersucht. Sie werden in einer Prüfkammer mit definiertem Klima über eine bestimmte Dauer belastet. Die Temperatur ist während der Versuchsdurchführung konstant und die Luftfeuchtigkeit wird phasenweise verändert. Die Holzfeuchte und die Langzeitverformungen werden während der Versuchsdurchführung in vorher festgelegten Zeitabständen gemessen. Die HBV-Träger reagieren sehr stark auf Änderungen der Luftfeuchtigkeit und die gemessenen Verformungen sind dementsprechend hoch. Zum Schluss werden die berechneten und die gemessenen Langzeitverformungen miteinander verglichen. Die Berechnung mit dem Stabwerksprogramm liefert qualitativ gute Ergebnisse der Langzeitverformungen. Vor allem für die erste Phase mit einer konstanten relativen Luftfeuchtigkeit von 40 % stimmen die berechneten und die gemessenen Langzeitverformungen durchaus überein. Die experimentell bestimmten Langzeitverformungen sind bei allen HBV-Trägern jedoch ein wenig größer als die berechneten Langzeitverformungen, was daran liegt, dass einige Effekte, wie die Rissbildung im Beton, nicht in dem Berechnungsmodell berücksichtigt werden können.

This diploma thesis aims to determine the long-term behaviour of timber-concrete composite floors (TCC floors). TCC has been investigated in detail and it is clear, that the fasteners play a crucial role in the load-bearing and deformation behaviour of TCC floors. In this paper, the long-term behaviour of a new, unexplored TCC system with special fasteners is analysed. In this TCC system the timber beams and the concrete are connected with nailed puzzle strips and additional notches. To explore the TCC System, TCC Beams are manufactured, which are then investigated both experimentally and numerically. In this diploma thesis, the most important theoretical principles of time-dependent material behaviour are first compiled. The long-term behaviour of wood, concrete, the fasteners, as well as the long-term behaviour of TCC constructions are discussed. Subsequently, the deformations of the investigated TCC beams are calculated. The TCC beams are designed as beam models with the help of a framework program. To simulate the creep behaviour, the stiffnesses of the beams are reduced with creep coefficients. To implement the shrinkage deformations, strains are applied to the beam model. The calculation is modified so that the long-term deformations of the TCC beams can be calculated at any time. For this purpose, a program is written which controls the beam model and changes the stiffnesses and strains at each point in time, and then calculates the long-term deformations. In addition, the TCC beams are examined experimentally. They are loaded in a testing room with a defined climate for a certain duration. The temperature is constant during the testing and the TCC beams are exposed to phases of different humidity. The wood moisture content and the long-term deformations are measured during the experiments. The TCC beams react very strongly to changes in humidity and the measured deformations are accordingly high. Finally, the calculated and the measured long-term deformations are compared. The calculation with the framework program provides qualitatively good results of the long-term deformations. Especially for the first phase with a constant relative humidity of 40 % the calculated and the measured long-term deformations agree rather well. However, the experimentally determined long-term deformations are slightly larger than the calculated long-term deformations for all TCC beams, which is due to the fact that some effects, such as concrete cracks, cannot be taken into account with the calculation model.