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Zum physikalisch nichtlinearen Tragverhalten von scheibenartig beanspruchten Deckentafeln

Anheier, David GND

Gegenwärtig erfolgt die Berechnung von ebenen Holztafeln, die scheibenartig beansprucht werden, mit Hilfe der Schubfeldträgermethode. In realen Tragwerken in Holztafelbauart werden die Anwendungsgrenzen dieser Methode fast immer überschritten, da sich z. B. auch Tragwerksteile an der Lastabtragung beteiligen, die im Rahmen der Schubfeldträgermethode nicht abgebildet werden können. Darüber hinaus haben Untersuchungen zur Einschätzung der Duktilität von Holztafeln gezeigt, dass mit Bezug auf Steifigkeit und Tragfähigkeit die leistungsfähigste Bauart einer Holztafel die Eigenschaft besitzt, dass die Verbünde von Rippen und Platten nur durch s0 beansprucht werden. Demgegenüber nimmt die Leistungsfähigkeit ab, wenn die Bauart es wegen freier Plattenränder oder Öffnungen erfordert, dass ihre Verbünde auch durch s90 beansprucht werden. Um diese kombinierte Beanspruchung zu berücksichtigen sind Rechenmodelle und – verfahren entwickelt worden, die die Bestimmung von Verbundgrößen P0, P90 und M im elastischen, plastischen und vollplastischen Zustand und für gegebene lokale Verformungen eines Verbundes von Rippe und Platte ermöglichen. Zur Beschreibung der Beanspruchungen einer Rippe durch den Verbund mit einem Plattenrand werden die über die Verbundlänge lv veränderlichen Beanspruchungen s0 parallel zur Rippenachse und s90 senkrecht zur Rippenachse in äquivalente Verbundgrößen P0, P90 und M umgerechnet. Die berechneten lokalen Verformungen der Verbünde und der globalen Verformungen von Kleintafeln wurden experimentell in sechs Beanspruchungssituationen an insgesamt 50 Kleintafeln bei Variation der Rippenabmessungen, des Plattenmaterials und des Abstandes der Verbindungsmittel überprüft und konnten bestätigt werden. Außerdem konnte die Übertragbarkeit der lokalen Verbundgrößen auf Deckentafeln gezeigt werden. Dadurch konnten für definierte Tafeltypen Bestimmungsgleichungen im Traglastzustand entwickelt werden. Mit Hilfe des Stab-Verbund-Modells aus der Dissertation von Hall (2012) wurden diese überprüft und deren Konservativität aufgrund der Umlagerungsmöglichkeiten in den Tafeln quantifiziert. Zudem konnte bestätigt werden, dass der im Rahmen des semi-probabilistischen Sicherheitskonzeptes definierte Bemessungszustand dem elastischen Grenzzustand der Tafel entspricht, wenn die 1,5-fache Verschiebung im elastischen Grenzzustand der Tafel als Grenzzustand übermäßiger Verschiebung festgelegt wird.

Currently, the calculation of plane wood panels under shear loading is performed using the shear field girder method. In real structures with wooden panel constructions the application limits of this method are almost always exceeded, e.g. because some structural parts participate in the load transfer but cannot be considered in the shear field girder method. In addition, studies on the assessment of ductility of wood panels have shown that in terms of stiffness and load-bearing capacity, the most efficient type of wooden panel is designed so that the bond between joists and sheets is only loaded by s0. The performance degrades if the design requires that the bond is also stressed by s90 because of free sheet edges or openings. In order to account for this combined stress, computational models and methods have been developed that allow the determination of state values P0, P90 and M for the bond in the elastic, plastic and fully plasticized state and for given local deformations of a bond between joist and sheet. To describe the loading that is imposed on a joist by the bond with a sheet edge, the stresses s0 parallel to the joist axis and s90 perpendicular to the joist axis, both varying along the bond length lv are converted into equivalent state values P0, P90 and M. The calculated local deformations of the bonds and the global deformations of small panels were verified experimentally in six loading situations on a total of 50 small panels with varying joist dimensions, sheet material and fastener distance. In addition, the transferability of the local bond state values to floor panels could be shown successfully. As a result, it was possible to develop conditional equations of the ultimate-load state for defined panel types. Using the rod-bond-model from the dissertation of Hall (2012), these were examined and their conservatism resulting from possible load rearrangement in the panels was quantified. Additionally, it could be confirmed that the design limit state defined in the semi-probabilistic safety concept corresponds to the elastic limit state of the panel when 1.5-fold deformations of the elastic limit state of the panel are set as the limit state of excessive displacement.

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Anheier, D., 2020. Zum physikalisch nichtlinearen Tragverhalten von scheibenartig beanspruchten Deckentafeln. https://doi.org/10.24355/dbbs.084-202003230938-0
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