Entwicklung von materialeffizienten Durchlaufdecken in Holzleichtbeton-Verbundbauweise: Untersuchung des Langzeitverhaltens

Abstract

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Weiterentwicklung von Decken in Holzleichtbeton- Verbundbauweise. Die Decke besteht aus drei Elementen: Holz, Holzleichtbeton und Beton. Dieser Aufbau wurde bereits im Rahmen der Forschungstätigkeit der Abteilung Tragwerkplanung und Ingenieurholzbau (ITI) der Technischen Universität Wien untersucht, jedoch bis jetzt nur als Einfeldsystem. Die Ausarbeitung soll die Frage beantworten, ob dieses Verbundsystem auf statisch unbestimmte Systeme erweitert werden kann. Dabei soll insbesondere der Einfluss von Schwinden und Kriechen untersucht werden. Erstes Ziel dieser Ausarbeitung war die Betrachtung gängiger Durchlaufsysteme in der Holz-, Betonsowie Holz-Beton-Verbundbauweise. Auf Basis dieser Informationen wurde eine Decke in der Holzleichtbeton-Verbundbauweise entwickelt. Die Untersuchung des Deckensystems erfolgte durch ein Berechnungsmodell, welches im Zuge dieser Arbeit erstellt wurde. Das Berechnungsmodell basiert über weite Strecken auf der Finiten-Elementen-Methode. Die Ergebnisse des Berechnungsmodells wurden anschließend mit bekannten Berechnungsverfahren und experimentellen Versuchen verglichen. Die Berechnung zeigte, dass bei Durchlaufsystem erwartungsgemäß nicht die Durchbiegung im Feld unter der Gebrauchslast maßgebend ist, sondern die Normalspannung in der Holzschicht über dem Mittelauflager unter der Bemessungslast. Weiters kann gesagt werden, dass das Schwinden die Ergebnisse stärker als vermutet beeinflusst. Das letzte Ziel dieser Ausarbeitung war die Herleitung jener Parameter, die den größten Einfluss auf die Tragsicherheit und das Gebrauchsverhalten des betrachteten Deckensystems aufzeigen. Es wurde das Kurzund Langzeitverhalten von verschiedenen Deckenaufbauten bei gleichem statischen System untersucht. Dabei wurden die Betonund Holzleichtbetonfestigkeit, sowie die Anzahl der Verbindungsmittel variiert. Aus den Ergebnissen lässt sich ableiten, dass die Festigkeit des Betons kaum einen Einfluss auf das Verhalten des Verbundes aufweist. Die Anzahl der Schrauben spielt hier auch eine untergeordnete Rolle. Erst nach Verzicht auf stiftförmige Schubverbindungsmittel werden die Ergebnisse maßgebend beeinflusst.

The main focus of this Diploma Thesis is the further examination of slabs in timber-concrete composite light construction. Such slabs consist of three elements: timber, timber-concrete, and concrete. This slab type has already been investigated in the scope of a research project conducted by the Department of Structural Design and Timber Engineering of the TU Wien (Vienna University of Technology), but the results were limited to the case of single-span systems. This thesis assesses the usefulness of this slab type in case of statically indeterminate systems. The investigation also includes the short-term and long-term behavior of the structure by considering the aspects of creep and shrinkage. The first objective of the paper is the research of the most popular timber, concrete, and composite continuous floor systems. Basing on the obtained information, a continuous timber-concrete composite slab is developed. In the further part of the document, one can find a self-developed calculation approach for continuous floors. This calculation approach is based on the finite element method. The results are subsequently compared with typical methods and empirical results. The calculation shows that in the case of continuous girders, the most critical case is not the deflection in the beam span in the ULS, but the normal stress in the timber layer over the middle support in the SLS. It can also be said that shrinkage has a significant influence on the results. In the last part of the thesis, the most important parameters influencing ULS and SLS are derived. The short-term and long-term behavior of various slab structures (in the same statical system) were analyzed and compared. The evaluated parameters include the strength of concrete and timber-concrete, as well as the number of connectors. The results show that the strength of concrete has a very low impact on the response of the composite structure. The number of connectors is also not a crucial parameter. Only removing all shearcarrying bolts leads to a significant change in results.