Tragverhalten von hybriden Systemen in Leichtbauweise mit Gipswerkstoffplatten

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Waltraud Berger
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1 Karsten Tichelmann Tragverhalten von hybriden Systemen in Leichtbauweise mit Gipswerkstoffplatten Unter Berücksichtigung des Verbundverhaltens stiftförmiger Verbindungsmittel KÖLNER WISSENSCHAFTSVERLAG Köln 2006

2 Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dissertation Technische Universität München, Alle Rechte vorbehalten Karsten Tichelmann und Kölner Wissenschaftsverlag Albers, Peters & Reihlen GbR Köln, Das Werk einschließlich seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen, usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Umschlaggestaltung: Susanne Klee Printed in Germany ISBN-13: ISBN-10:

3 v Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... ix Tabellenverzeichnis... xiv Verwendete Bezeichnungen und Abkürzungen...xviii Begriffsdefinitionen... xxi 1 EINFÜHRUNG Zielsetzung der Arbeit KENNTNISSTAND Stand der Untersuchungen und Regelungen des Tragverhaltens von Gips und Gipswerkstoffplatten GIPS UND GIPSPLATTEN Physikalische und chemische Eigenschaften von Gips Gipsarten Die Struktur des Gipses in Gipsplatten Entstehung und Erhärtungsvorgang des Gipsgefüges Gipsplattenwerkstoffe Gipsplatten (Gipskartonplatten) Gipsfaserplatten Nationale und internationale Regelungen der Eigenschaften von Gipsplatten Nationale Regelungen Europäische Regelungen UNTERSUCHUNGEN ZU DEN FESTIGKEITS- UND STEIFIGKEITSEIGENSCHAFTEN VON GIPSPLATTEN Zielsetzung Material und Methoden Probenentnahme und Konditionierung Druckfestigkeit von Gipsplatten rechtwinklig zur Plattenebene Diskussion der Ergebnisse Druckfestigkeit in Plattenebene Einfluss der Rohdichte auf die Druckfestigkeit... 38

4 vi Vergleich mit bisherigen Veröffentlichungen zur Druckfestigkeit Druckfestigkeit von Gipsplatten in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur Druck-Elastizitätsmodul Untersuchungen zum Zugtragverhalten in Plattenebene Zugfestigkeiten von Gipskartonplatten des Typs GKB und GKF in Plattenebene senkrecht und parallel zur Kartonfaserrichtung Untersuchungen zur winkelabhängigen Anisotropie der Zugfestigkeit in Plattenebene Untersuchung des Zugtragverhaltens der einzelnen Verbundkomponenten von Gipskartonplatten Zugfestigkeit des Gipskernes von GKB-Platten Untersuchungen zum Zugtragverhalten der Deckkartone Modell zur Bestimmung der winkelabhängigen Zugfestigkeit von Gipskartonplatten Nichtlinearer Modellansatz Bilinearer Modellansatz Parameterstudien zur vereinfachten Bestimmung des Winkels Beispiel zur Bestimmung der winkelabhängigen Zugfestigkeit nach dem 2-Phasen-Modell Scherfestigkeit und Schubmodul rechtwinklig zur Plattenebene Biegebeanspruchung rechtwinklig zur Plattenebene Biegung in Plattenebene Ableitung von charakteristischen Werten und Empfehlungen für Festigkeiten und Steifigkeiten von Gipsplatten des Typs GKB und GKF 89 5 UNTERSUCHUNGEN ZUM LOCHLEIBUNGSVERHALTEN UND ZUR LOCHLEIBUNGSFESTIGKEIT VON GIPSPLATTENWERKSTOFFEN Untersuchungen zum Bettungsverhalten von stiftförmigen Verbindungsmitteln und Verteilung der Plattenrohdichte über den Plattenquerschnitt Ermittlung der Lochleibungsfestigkeiten in Abhängigkeit der Rohdichte und des Plattentyps Methoden und Material Gipsplattenwerkstoffe Verbindungsmittel Probekörpergeometrie

5 5.2.5 Durchgeführte Untersuchungen Einfluss der Befestigungstechnik Bewertung der Untersuchungsergebnisse Einfluss der Belastungsgeschwindigkeit auf die Lochleibungsfestigkeit Einfluss von zyklischen Lastwechseln Untersuchungen zum Lochleibungsverhalten unter Dauerbeanspruchung Diskussion der Untersuchungen im Hinblick auf die Bemessung von Gipsplatten-Holzverbindungen Einfluss der Rohdichte auf die Lochleibungsfestigkeit Einfluss des Verbindungsmitteldurchmessers Einfluss der Biegesteifigkeit des Verbindungsmittels UNTERSUCHUNGEN ZUM TRAGVERHALTEN EINSCHNITTIGER MECHANISCHER VERBINDUNGEN MIT GIPSPLATTEN Material und Methoden Aufbau der Prüfkörper Probekörpergeometrie der Zugscheruntersuchungen Untersuchungsumfang Untersuchungsergebnisse zur Tragfähigkeit einschnittiger Verbindungen Platten des Typs GKS (-R) Platten des Typs GF (Gipsfaserplatten) Auswertung der Untersuchungen zum Tragverhalten einschnittiger Gipsplatten-Holz-Verbindungen Bestimmung der Traglasten je Verbindungsmittel Einfluss des Gipsplattenwerkstoffs auf die Tragfähigkeit einschnittiger Verbindungen Einfluss des Verbindungsmitteltyps auf die Tragfähigkeit der Verbindung Bestimmung der Verschiebungsmodule der einschnittigen Verbindungen Einfluss des Gipsplattenwerkstoffs auf die Steifigkeit der Verbindung Einfluss des Verbindungsmitteltyps auf die Steifigkeit der Verbindung Abhängigkeit der Traglast von der Belastungsrichtung Dauerstandsuntersuchungen von einschnittigen Gipsplatten-Holz- Verbindungen vii

6 viii Mediankurven der Dauerstandsversuche Abhängigkeit der Verformungen von den Klimabedingungen Anwendbarkeit des Berechnungsverfahrens zur Ermittlung der Traglasten von Verbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln nach DIN Genaueres Bemessungsverfahren nach DIN Charakteristische Lochleibungsfestigkeit der Unterkonstruktion Charakteristische Lochleibungsfestigkeiten der Gipsplattenwerkstoffe Charakteristisches Fließmoment der Verbindungsmittel Berechnung der charakteristischen Werte nach dem Bemessungskonzept DIN Beurteilung der maßgebenden Versagensmechanismen der Zugscherversuche Vergleich der Ergebnisse aus den Berechnungen nach DIN 1052:2004 mit den Ergebnissen der Zugscherversuche Modifikation der Gleichungen von Johansen Vergleichsberechnung mit modifizierten Gleichungen Ergebnisse der Vergleichsberechnung mit den modifizierten Gleichungen Auswirkungen der Klimabedingungen auf die Tragfähigkeit bei mittleren und ständigen Lasteinwirkungsdauern ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSBETRACHTUNG Anhang

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