Fachbeiträge & Interviews
Sonntag, 16. Mai 2021
Ausgabe 7209 | Nr. 136 | 20. Jahrgang
Autor: Tilo Birk, Peer Haller
Herausgeber: Institut für Baukonstruktionen und Holzbau, TU - Dresden email-weiterempfehlendruckansicht

Textile Verstärkung von Holzbauteilen - Teil 2/3

# 22.07.2002

Textile Verstärkung von Holzbauteilen - Teil 2 - Versuchsauswertung

1.2.2 Auswertung

Abb. 5 -  Formel zur Abminderung der zu erwartenden Traglasten Abb. 5 - Formel zur Abminderung der zu erwartenden Traglasten

Der Erwartungswert für die Lochleibungsfestigkeit für unbewehrte Hölzer wurde nach /3/ bestimmt. Für den Fall der Belastung parallel zur Holzfaser und unter der Annahme, dass eine Dübelverkrümmung nicht eintritt (Modus I nach EC 5) gelten die Gleichungen (1) und (2a). Aufgrund der verkürzten Randabstände erfolgt eine Abminderung der zu erwartenden Traglasten um ka. (Formel Abb. 5)

Die erwartete Traglast für den unbewehrten Probekörper bei faserparalleler Belastung beträgt nach (3) 16,0 kN. Für quer zur Faser beanspruchte Dübel erfolgt eine Abminderung der Tragfähigkeit nach (2b) und es ergibt sich ein Wert von 11,2 kN. Dieser Referenzwert wird vergleichend zur Beurteilung für die verstärkten Proben herangezogen.

Tab. 2 - Mittelwerte der in 5 Einzelversuchen nach EN 383 bestimmten Kenngrößen für faserparallele Beanspruchung Tab. 2 - Mittelwerte der in 5 Einzelversuchen nach EN 383 bestimmten Kenngrößen für faserparallele Beanspruchung

Tabelle 2 und die Abb. 6 und 7 fassen die Ergebnisse für den ersten Abschnitt der durchgeführten Versuche zusammen. Bei dieser Messreihe wurde die Prüfmaschine kraftgesteuert angefahren. Die Werte für Traglast und maximale Lochleibungsfestigkeit stimmen sehr gut mit den nach /3/ ermittelten Werten überein. In der weiteren Abfolge sind dann die Werte der in Glas mit einem konstanten Bewehrungsgrad gefertigten Verstärkungsstrukturen dargestellt. Der Zuwachs an Tragfähigkeit ist also nur der Anordnung des Fasermaterials zuzurechnen. Gerichtete Strukturen wie die Schlaufen, Gewebe oder Gelege weisen Traglastzuwächse auf bis zu 2,3-fache Werte auf. Strukturen wie das Jojo oder der Stern erzielen allerdings noch höhere Festigkeiten im Verbund mit dem Holz und haben darüber hinaus noch einige weitere Vorteile. Zum einen liegt die Bettungssteifigkeit über der anderer Verstärkungen und zum anderen ertüchtigen sie das Holz gegen Beanspruchungen in unterschiedlichen Richtungen. Sie sind damit zum Beispiel zur Herstellung textiler Halbzeuge zur Applikation auf Neubauteilen oder bei nachträglicher Verstärkung sehr gut geeignet. Eine Vorfertigung für unterschiedliche Dübeldurchmesser und die Herstellung von Prepregs sind vorstellbar. Die Werte für Gewebe aus Aramid und Kohlenstoff mit einem deutlich geringeren Bewehrungsanteil im unteren Teil der Tabelle lassen bereits das Potential dieser Hochleistungsfasern erkennen. Deshalb sollen die Untersuchungen im weiteren Verlauf der Projektbearbeitung auch auf Gelegestrukturen aus diesen Materialien ausgedehnt werden.

Abb. 6 - Last-Verformungs-Verhalten der unterschiedlichen Verstärkungen Abb. 6 - Last-Verformungs-Verhalten der unterschiedlichen Verstärkungen

Darüber hinaus wurden Tastversuche zu einer neuen Versuchsreihe durchgeführt. Im Wesentlichen soll die erste Serie um gleiche Strukturen in Aramid erweitert werden und jetzt auch eine Prüfung senkrecht zur Faserrichtung erfolgen. Die Verstärkungsstrukturen werden aus einem Roving mit 2500 tex gefertigt. Wichtigster Unterschied zu den vorangegangenen Versuchen ist das weggesteuerte Prüfregime. Tabelle 3 zeigt erste Einzelwerte der Prüfung im Vergleich zu den Mittelwerten der vorangegangenen, kraftgesteuerten Prüfungen. Augenfällig dabei ist das scheinbare Absinken der Traglasten und die geringeren Verformungen infolge der Wegsteuerung. Die Last-Verformungs-Diagramme zeigen jedoch nach dem eigentlichen Bruch einen horizontalen Verlauf in der Kurve und die Leistungsfähigkeit der Verstärkung äußert sich in einer deutlich höheren Duktilität. Die Wirksamkeit der Stern- und Jojostrukturen bei quer zur Faser eingetragenen Belastungen zeigt sich eindrucksvoll sowohl im Glas als auch im Aramid durch die beobachtete Laststeigerungen im Vergleich zur Referenzprobe. Besonders die Aramidstrukturen lassen dabei noch weitere Reserven erkennen. Das Ablösen der (ungeschädigten) Verstärkung vom Holz kurz vor dem Bruch deutet auf Versagen des Verbundes zwischen Epoxidmatrix und Holz hin. Matrixsysteme mit einem höheren Haftvermögen (z.B. UP mit Haftvermittler, vgl. Tabelle 5, Teil 3 des Beitrags) können zu weiteren Laststeigerungen führen.

Abb. 7 - Darstellung des Traglastzuwachses durch unterschiedliche Verstärkungen Abb. 7 - Darstellung des Traglastzuwachses durch unterschiedliche Verstärkungen

Das Potential der beschriebenen Verstärkungstechnologie wird sich noch deutlicher zeigen, wenn die Ergebnisse der Versuche und ihre photogrammetrische Auswertung die ingenieurmäßig-intuitiven Ansätze beim Entwerfen und Herstellen der Verstärkungsstrukturen ablösen und damit optimale Strukturen für unterschiedlichste Beanspruchungskombinationen entwickelt werden können.

Tab. 3 - Traglasten und zugehörige Dübeleindrückungen (kraftgesteuert: Mittelwerte aus 5 Versuchen, weggesteuert: Einzelwerte aus Tastversuch) Tab. 3 - Traglasten und zugehörige Dübeleindrückungen (kraftgesteuert: Mittelwerte aus 5 Versuchen, weggesteuert: Einzelwerte aus Tastversuch)

Traglasten und zugehörige Dübeleindrückungen können Tab. 3 entnommen werden.

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