Matthias Frese

Schadensanalyse von Hallentragwerken aus Holz

Diese Forschungsarbeit, ausgelost durch Einsturze von Hallen aus Holz im Winter 2006, mochte Schadensfalle und begleitenden Umstande nicht individuell, sondern gemeinsam darstellen und ganzheitlich analysieren. Es werden Schwachpunkte, fehleranfallige Konstruktionen und Ursache-Wirkung-Mechanismen aufgezeigt und Konsequenzen benannt.

Bending strength of spruce glulam

AbstractA glulam strength model where the bending strength depends both on the board tensile strength and the finger joint tensile strength is a completely transparent model being particularly suitable to determine requirements for the board and for the finger joint tensile strength of glulam made of both visually or mechanically strength graded boards. This article describes the application of these principles to an alternative and new strength model for spruce glulam. In order to determine the influence of the board and finger joint strength on glulam bending strength a numerical study was performed by means of simulated glulam beams. According to the findings current requirements for boards and finger joints are insufficient to ensure the nominal strength values of glulam strength classes established in EN 1194. ZusammenfassungEin Festigkeitsmodell für die charakteristische Biegefestigkeit von Brettschichtholz, in dem die Brett- und Keilzinkenfestigkeit gemeinsam unabhängige Variablen sind, besitzt eine hohe Transparenz. Es ist vor allem geeignet, um Anforderungen an die Brett- und Keilzinkenfestigkeit für Brettschichtholz aus visuell oder maschinell festigkeitssortierten Brettern festzulegen. Ausgehend von diesen beiden Überlegungen wird ein neues Festigkeitsmodell für die charakteristische Biegefestigkeit von Brettschichtholz aus Nadelholz entwickelt. Um dafür den Einfluss der Brett- und Keilzinkenfestigkeit auf die Brettschichtholzfestigkeit zu ermitteln, wird eine umfangreiche numerische Untersuchung mittels simulierter Brettschichtholzträger durchgeführt. Mit dem neuen Festigkeitsmodell wird schließlich gezeigt, dass die Anforderungen an die Brett- und Keilzinkenfestigkeit anzuheben sind, um die Nennwerte der charakteristischen Biegefestigkeit in den Festigkeitsklassen der EN 1194 zu gewährleisten.

Die Biegefestigkeit von Brettschichtholz aus Buche. Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Laminierungseffekt

Es war das Ziel der Arbeit, eine Bemessungsgleichung fur die Biegefestigkeit von Brettschichtholz (BSH) aus Buche in Abhangigkeit von der Festigkeit der Bretter und der Keilzinkenverbindungen herzuleiten. Es wurde ein Rechenmodell entwickelt, mit dem die Biegefestigkeit von BSH-Tragern berechnet werden kann, und damit ein Datensatz erzeugt, in dem die Biegefestigkeit der BSH-Trager in Abhangigkeit von der Festigkeit der Bretter und der Keilzinkenverbindungen abhangt. Mithilfe der Regressionsrechnung wurde aus dem Datensatz die Bemessungsgleichung ermittelt.

Biegefestigkeit von Brettschichtholz aus Buche

Im Hinblick auf den derzeitigen Umbau der deutschen Walder und des damit verbundenen Zuwachses an Laubholz ist die Holzwirtschaft daran interessiert, Voraussetzungen fur eine vermehrte Verwendung von Laubholz zu schaffen. Im Bereich des Bauwesens eroffnet Brettschichtholz aus Buche fur tragende Zwecke wirtschaftlich interessante Anwendungen. Diese Forschungsarbeit beschreibt die Ermittlung von Vorschlagen fur Rechenwerte der Festigkeit und Steifigkeit von Buchen-Brettschichtholz. Die Grundlage waren zahlreiche Festigkeitsprufungen an 150 mm langen Brettabschnitten, die als Eingangsdaten fur ein Rechenmodell dienten. Durch umfangreiche Biegeprufungen von Brettschichtholztragern aus Buche in Bauteilgrose konnte die Eignung des Rechenmodells zur Tragfahigkeitsvorhersage und damit auch zur Ableitung von Bemessungsvorschlagen nachgewiesen werden. Die Ergebnisse des Rechenmodells und der Prufungen belegen eine hohe Biegefestigkeit von Brettschichtholz aus Buche. Durch maschinelle und visuelle Sortierung konnen Festigkeiten erreicht werden, die um bis zu 30 % uber den Werten liegen, die durch das bisher verwendete Nadelholz erreichbar sind.

Zuverlässigkeit von Fichten-Brettschichtholz mit modifiziertem Aufbau

Brettschichtholz wird seit Jahrzehnten erfolgreich z.B. fur anspruchsvolle Tragwerke des Ingenieurholzbaus eingesetzt. Die Biegefestigkeit, vor allem fur die Zuverlassigkeit von Brettschichtholzbauteilen relevant, wurde in den 1980er Jahren in Deutschland systematisch erforscht. Seitdem ist Brettschichtholz immer wieder Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Bei einer im Jahre 2005 durchgefuhrten Forschungsarbeit haben Biegeversuche an Brettschichtholz gezeigt, dass die erwarteten und in Normen als Rechenwerte festgelegten Biegefestigkeiten von den experimentellen Festigkeitswerten abweichen. Das war Ausloser fur die vorliegende Arbeit. Darin wird die charakteristische Biegefestigkeit von Brettschichtholz neu modelliert. Erkenntnisse uber festigkeitssortierte Bretter, die in den 1980er Jahren noch nicht vorlagen, werden gezielt berucksichtigt. Mithilfe eines neu entwickelten Rechenmodells werden heute eingesetzte Sortierverfahren fur Bretter und Biegeversuche an Brettschichtholz simuliert. Mit den numerisch gewonnen Daten wird ein Festigkeitsmodell fur die charakteristische Biegefestigkeit entwickelt. Dieses steht in guter Ubereinstimmung mit aktuellen experimentellen Festigkeitswerten. Mit dem Festigkeitsmodell wird gezeigt, dass die gegenwartig genormten Anforderungen an Bretter und Keilzinken angehoben werden mussen, um die Nennwerte der charakteristischen Biegefestigkeit zu gewahrleisten. Anderungsvorschlage bezuglich der Normung von Brettschichtholz werden in dieser Forschungsarbeit dargelegt. www.uvka.de ISBN: 978-3-86644-251-1 ISSN: 1860-093X Universitat Karlsruhe (TH) Lehrstuhl fur Ingenieurholzbau und Baukonstruktionen Brettschichtholz wird seit Jahrzehnten erfolgreich z.B. fur anspruchsvolle Tragwerke des Ingenieurholzbaus eingesetzt. Die Biegefestigkeit, vor allem fur die Zuverlassigkeit von Brettschichtholzbauteilen relevant, wurde in den 1980er Jahren in Deutschland systematisch erforscht. Seitdem ist Brettschichtholz immer wieder Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Bei einer im Jahre 2005 durchgefuhrten Forschungsarbeit haben Biegeversuche an Brettschichtholz gezeigt, dass die erwarteten und in Normen als Rechenwerte festgelegten Biegefestigkeiten von den experimentellen Festigkeitswerten abweichen. Das war Ausloser fur die vorliegende Arbeit. Darin wird die charakteristische Biegefestigkeit von Brettschichtholz neu modelliert. Erkenntnisse uber festigkeitssortierte Bretter, die in den 1980er Jahren noch nicht vorlagen, werden gezielt berucksichtigt. Mithilfe eines neu entwickelten Rechenmodells werden heute eingesetzte Sortierverfahren fur Bretter und Biegeversuche an Brettschichtholz simuliert. Mit den numerisch gewonnen Daten wird ein Festigkeitsmodell fur die charakteristische Biegefestigkeit entwickelt. Dieses steht in guter Ubereinstimmung mit aktuellen experimentellen Festigkeitswerten. Mit dem Festigkeitsmodell wird gezeigt, dass die gegenwartig genormten Anforderungen an Bretter und Keilzinken angehoben werden mussen, um die Nennwerte der charakteristischen Biegefestigkeit zu gewahrleisten. Anderungsvorschlage bezuglich der Normung von Brettschichtholz werden in dieser Forschungsarbeit dargelegt.

Verifikation von Festigkeitsmodellen für die Brettschichtholz-Biegefestigkeit

ZusammenfassungUm die Richtigkeit der Vorhersagewerte von Festigkeitsmodellen für die charakteristische Brettschichtholz-Biegefestigkeit festzustellen, wurden Brettschichtholzträger aus Nadelholz in Biegeversuchen geprüft. Zur exakten Erfassung der strukturellen und mechanischen Eigenschaften der Lamellen, die für die Herstellung der Brettschichtholzträger verwendet wurden, wurden Referenzproben der Bretter und der Keilzinkenverbindungen entnommen und in Zugversuchen geprüft. Die Untersuchung wurde auf zwei grundsätzlich unterschiedlichen Festigkeitsniveaus durchgeführt, um zwei unabhängige Vergleiche zwischen Vorhersagewerten und experimentellen Werten zu ermöglichen. Mit den experimentellen Werten der Brett- und Keilzinkenzugfestigkeit als Eingabewerte für die Festigkeitsmodelle wurden Vorhersagen für die Brettschichtholz-Biegefestigkeit getroffen. Die zwei Vergleiche zwischen Vorhersagewerten und realen Biegefestigkeiten zeigen Abweichungen von höchstens   6%. Damit kann die Annahme, dass Modell und Wirklichkeit hinreichend übereinstimmen, nicht widerlegt werden. Die beiden Vergleiche belegen daher die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Festigkeitsmodelle.AbstractThe aim of the study was to validate predictive values of new strength models for the characteristic glulam bending strength. Softwood glulam beams were tested in bending. In order to exactly assess the structural and mechanical properties of the laminations used for the production of glulam beams, representative samples were taken from the boards and the finger joints and tested in tension. The experimental investigation was conducted on two different strength levels in order to obtain two independent comparisons between predictive and empirical values. The experimental values of the board and finger joints were used as input data for the strength models to calculate the predictive values of the glulam beams. The predictive values for the characteristic glulam bending strength and the experimental ones differed not more than  6%. This indicates that the new strength models are suitable to reliably determine the characteristic glulam bending strength.

Validation of strength models for softwood glulam.

ZusammenfassungUm die Richtigkeit der Vorhersagewerte von Festigkeitsmodellen für die charakteristische Brettschichtholz-Biegefestigkeit festzustellen, wurden Brettschichtholzträger aus Nadelholz in Biegeversuchen geprüft. Zur exakten Erfassung der strukturellen und mechanischen Eigenschaften der Lamellen, die für die Herstellung der Brettschichtholzträger verwendet wurden, wurden Referenzproben der Bretter und der Keilzinkenverbindungen entnommen und in Zugversuchen geprüft. Die Untersuchung wurde auf zwei grundsätzlich unterschiedlichen Festigkeitsniveaus durchgeführt, um zwei unabhängige Vergleiche zwischen Vorhersagewerten und experimentellen Werten zu ermöglichen. Mit den experimentellen Werten der Brett- und Keilzinkenzugfestigkeit als Eingabewerte für die Festigkeitsmodelle wurden Vorhersagen für die Brettschichtholz-Biegefestigkeit getroffen. Die zwei Vergleiche zwischen Vorhersagewerten und realen Biegefestigkeiten zeigen Abweichungen von höchstens   6%. Damit kann die Annahme, dass Modell und Wirklichkeit hinreichend übereinstimmen, nicht widerlegt werden. Die beiden Vergleiche belegen daher die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Festigkeitsmodelle.AbstractThe aim of the study was to validate predictive values of new strength models for the characteristic glulam bending strength. Softwood glulam beams were tested in bending. In order to exactly assess the structural and mechanical properties of the laminations used for the production of glulam beams, representative samples were taken from the boards and the finger joints and tested in tension. The experimental investigation was conducted on two different strength levels in order to obtain two independent comparisons between predictive and empirical values. The experimental values of the board and finger joints were used as input data for the strength models to calculate the predictive values of the glulam beams. The predictive values for the characteristic glulam bending strength and the experimental ones differed not more than  6%. This indicates that the new strength models are suitable to reliably determine the characteristic glulam bending strength.

Naturally Grown Round Wood – Ideas for an Engineering Design

The hardwood species European oak, European chestnut and black locust are hardly used for engineering structures in their naturally grown shape, although such a use is generally possible. From forest thinnings these hardwoods are available as low-cost material to a certain extent and their durability and remarkable strength can fulfil the demands of robust timber structures. However, the irregular shape of naturally grown logs and the subsequent complexity of connections inhibit engineering applications. Thus, there is a gap between the potential of an available low-cost material and the possibility of a value-added application. In order to bridge this gap the present contribution aims first at giving basic ideas to make naturally grown logs more calculable and second at presenting a modular screw connection. Hence, compression tests on naturally grown logs, screw withdrawal tests and tests on screw connections were performed. Based on the experimental results, strength models for the compression capacity and the withdrawal resistance of screws were developed and a high strength and ductile connection type was designed. The findings of the work may widen the possibilities in the engineering design of timber structures made of naturally grown logs.

Brettschichtholz aus acetylierter Radiata Kiefer

Acetylierte Radiata Kiefer, das Produkt einer speziellen Holzmodifikation, besitzt eine verbesserte Dauerhaftigkeit und Formstabilitat. Sie ist grundsatzlich fur die Herstellung von Brettschichtholz frei bewitterter Konstruktionen geeignet. In der Forschungsarbeit werden entsprechende Kennwerte, die fur die Bemessung von Bauteilen und von Verbindungsmitteln erforderlich sind, mit wissenschaftlichen Verfahren hergeleitet.

Wechselwirkung zwischen der Anisotropie der Schwind- und Quellmaße sowie Holzfeuchte-Änderungen in der Ebene von gekrümmtem Brettschichtholz

ZusammenfassungErkenntnisse zur Anisotropie der Schwind- und Quellmaße in der polar-orthotrop aufgebauten Hirnfläche von Nadelholz werden auf die Ebene von gekrümmtem Brettschichtholz aus Nadelholz übertragen. Die Anisotropie bei Brettschichtholz ist dabei aus ingenieurtechnischer Sicht durch das Verhältnis von Schwind- und Quellmaß in Faserrichtung zum Maß quer zur Faser von 1/24 gekennzeichnet. Bei Vollholzquerschnitten liegt das Verhältnis tangential/radial in der Regel bei 2/1. Mit einfachen Modellbetrachtungen an Kreisringstücken aus Brettschichtholz wird gezeigt, dass die ausgeprägte Anisotropie bei gekrümmtem Brettschichtholz und Holzfeuchte-Änderungen im hygroskopischen Bereich Krümmungsänderungen gemeinsam bedingen. Das kann bei Tragwerken Zwangs- und Eigenspannungen zur Folge haben.AbstractFindings on the differential shrinkage in the cross-section of solid timber as cylindrically orthotropic material are applied to the plane of curved softwood glulam. From an engineering point of view, the differential shrinkage in the plane of curved glulam is characterised by a ratio of longitudinal shrinkage to averaged shrinkage perpendicular to the grain of 1:24. For solid timber, the ratio tangential to radial is about 2:1. By means of modelling glulam as part of a circular ring it is shown that curvature variations are caused by both pronounced differential shrinkage in the plane of curved glulam and moisture content variations in the hygroscopic range of wood. This can result in constraining and internal stresses in structural systems.