Versuchstechnische Ermittlung der Querdruckkenngrößen von Brettsperrholz

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1 Graz, 4. Juni 2008 Präsentation der Diplomarbeit Versuchstechnische Ermittlung der Querdruckkenngrößen von Brettsperrholz Ylli HALILI Institut für Holzbau und Holztechnologie Technische Universität Graz

2 Inhaltsverzeichnis Herstellung und Anwendung von Brettsperrholz Beeinflussende Parameter bei Querdruckbeanspruchung von Holz Ziele und Versuchskonzept Versuchsdurchführung Ergebnisse Vorschlag für normative Festlegungen

3 Produkt und Herstellung Brettsperrholz (aus pro:holz (Hrsg.): Mehrgeschoßiger Holzbau in Österreich, 2002)

4 Motivation zur Durchführung der Diplomarbeit Brettsperrholz Anwendungsbeispiele Großflächige Glasfassaden (nur möglich bei einer punktgestützten Decke) Punktgestützte Decken Derzeit liegen keine normativen Festlegungen der Bemessungskenngrößen für diese Beanspruchungsart vor!

5 Beeinflussende Parameter Einfluss der Parameter Rohdichte und Jahrringlage Zusammenhang zwischen der Rohdichte und der Druckfestigkeit quer zur Faserrichtung Zusammenhang zwischen der Jahrringlage und der Druckfestigkeit quer zur Faserrichtung (aus: Kollmann Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe, 1951)

6 Einfluss der Parameter Jahrringverlauf bzw. Lage im Stamm Beeinflussende Parameter Lage der Proben im Stamm Verlauf der Dehnungen über die Breite Kernware ( Centre specimen ) (aus: Shipsha, Berglund, Shear coupling effects on stress and strain distribution in wood subjected to transverse compression, 2006) Verlauf der Dehnungen über die Breite Seitenware ( Periphery specimen )

7 Ziele und Versuchskonzept Versuchstechnische Ermittlung von Basiskennwerte für die charakteristischen Werte bei Querdruckbeanspruchung normal zur Plattenebene f c90,k sowie E c,90,mean, und Untersuchung der maßgebenden beeinflussenden Parameter Untersuchte Serien und variierte Parameter: Lage im Stamm Schichtdicke bzw. Schichtanzahl Aufbauparameter bzw. Schichtdicke BSH- Würfel, BSP- Würfel, BSP-Platte Brettförmige

8 Versuchsumfänge Würfelförmige Brettförmige Schicht anzahl d l d q d q /d l Anzahl der Prüfkörper Dicke Anzahl der Prüfkörper [-] [mm] [mm] [mm] [Stk.] / / / / Summe 169 Plattenförmige Schicht anzahl d l d q d q /d l Anzahl der Prüfkörper [-] [mm] [mm] [mm] [Stk.] [mm] [Stk.] Summe 101 Lage im Stamm Schicht anzahl Schicht dicke Lage im Stamm Anzahl der Prüfkörper [-] [mm] [-] [Stk.] 5 40 Kernware kernnahe Seitenware 16 Summe 48

9 Versuchsdurchführung Versuchskonfiguration nach ON EN 408 Standardisierte Prüfkörper (h = 200 mm, A = mm²) Ermittlung der Querdruckfestigkeit: - Schätzung der Kraft F c,90,max;est - Gerade zwischen 0,1-0,4 F c,90,max;est (Line 1) - Parallelverschiebung der Geraden 1 bis 0,01 h 0 (Line 2) - Schnittpunkt der Geraden 2 mit der ermittelten Arbeitslinie F c,90,max - Wiederholung bis Fc,90,max;est und Fc,90,max innerhalb der Toleranzgrene ± 5%D F F c,90,max 0,4 F c,90,max 0,1 F c,90,max 0,01 h w Würfelförmige Brettförmige Plattenförmige

10 Bilder der Serie Rot Parameter: Schichtdicke bzw. Schichtanzahl der Serie Blau Parameter: Aufbauparameter der Serie Schwarz Parameter: Lage im Stamm

11 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Rot Darstellung des Zusammenhanges des Druck- Elastizitätsmoduls und der Schichtdicke der würfelförmigen bzw. der zugehörigen Brettdicken Versuche von Damkilde et.al. Druck-Elastizitätsmodul quer zur Faser [N/mm²] Bereich der praxisrelevanten Schichtdicken A E E aus [10] c,90,mean E aus [10] c,90,k D C B Box-Plots der würfelförmigen Box-Plots der brettförmigen Verlauf der Mittelwerte Verlauf der 5 %-Quantilwerte Charakteristische Werte D C E A B Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]

12 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Rot Darstellung des Zusammenhanges des Druck-Elastizitätsmoduls und der Schichtdicke der würfelförmigen bzw. der zugehörigen Brettdicken bei einem Bezug auf die Referenzrohdichte von ρ ref = 350 kg/m³ Druck-Elastizitätsmodul quer zur Faser [Bezug auf Referenzrohdichte ρ = 350 kg/m³] Bereich der praxisrelevanten Schichtdicken E aus [10] c,90,mean E aus [10] c,90,05 Box-Plots der würfelförmigen Box-Plots der brettförmigen Verlauf der Mittelwerte Verlauf der 5 %-Quantilwerte Charakteristische Werte Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]

13 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Rot Darstellung des Zusammenhanges der Druckfestigkeit und der Schichtdicke der würfelförmigen bzw. der zugehörigen Brettdicken Druckfestigkeit quer zur Faser [N/mm²] 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Bereich der praxisrelevanten Schichtdicken f c,90,mean aus [10] f c,90,k aus [10] Box-Plots der würfelförmigen Box-Plots der brettförmigen Verlauf der Mittelwerte Verlauf der 5 %-Quantilwerte Charakteristische Werte 1, Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]

14 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Rot Darstellung des Zusammenhanges der Druckfestigkeit und der Schichtdicke der würfelförmigen bzw. der zugehörigen Brettdicken bei einem Bezug auf die Referenzrohdichte von ρ ref = 350 kg/m³ Druckfestigekeit quer zur Faser [Bezug auf Referenzrohdichte ρ = 350 kg/m³] Bereich der praxisrelevanten Schichtdicken f c,90,mean aus [10] f c,90,k aus [10] Box-Plots der würfelförmigen Box-Plots der brettförmigen Verlauf der Mittelwerte Verlauf der 5 %-Quantilwerte Charakteristische Werte Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]

15 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Schwarz Darstellung des Zusammenhanges des Druck-Elastizitätsmoduls bzw. der Druckfestigkeit und der Lage der verwendeten Bretter im Stamm Zusammenhang zwischen Lage im Stamm und Druck-E-Modul quer zur Faser Zusammenhang zwischen Lage im Stamm und Druckfestigkeit quer zur Faser Druck-E-Modul quer zur Faser [N/mm2] Kernware kernnahe Lage Seitenware Lage im Stamm Druckfestigkeit quer zur Faser [N/mm 2 ] max 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 Kernware kernnahe Lage Seitenware Lage im Stamm 95%-quantil 75%-quantil median mittelwert (grün) 25%-quantil 5%-quantil min Legende Box-Plots

16 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Schwarz Lage der Bretter im Stamm Arbeitslinien Kraft [N] Weg [mm] Seitenware Kernnahe Kernware

17 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Blau - Aufbauparameter Darstellung des Zusammenhanges des Druck - Elastizitätsmoduls und des Aufbauparameters der würfelförmigen Druck-E-Modul quer zur Faser - 5-schichtig Zusammenhang zwischen Aufbauparameter und Druck-E-Modul quer zur Faser - 7-schichtig Zusammenhang zwischen Aufbauparameter und Druck-E-Modul quer zur Faser Druck-E-Modul quer zur Faser [N/mm2] schichtig /3 2/3 1 Aufbauparameter [dq/dl] Druck-E-Modul quer zur Faser [N/mm2] /3 2/3 1 Aufbauparameter [dq/dl] Für die Abhängigkeiten der Querdruckkenngrößen vom Aufbauparameter konnten aus den vorliegenden Versuchen keine eindeutigen Zusammenhänge abgeleitet werden!

18 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Blau - Aufbauparameter Darstellung des Zusammenhanges der Druckfestigkeit und des Aufbauparameters der würfelförmigen Druckfestigkeit quer zur Faser - 5-schichtig - 7-schichtig Zusammenhang zwischen Aufbauparameter und Druckfestigkeit quer zur Faser Zusammenhang zwischen Aufbauparameter und Druckfestigkeit quer zur Faser 4,50 4,50 Druckfestigkeit quer zur Faser [N/mm 2 ] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1/3 2/3 1 Druckfestigkeit quer zur Faser [N/mm 2 ] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1/3 2/3 1 Aufbauparameter [dq/dl] Aufbauparameter [dq/dl] Für die Abhängigkeiten der Querdruckkenngrößen vom Aufbauparameter konnten aus den vorliegenden Versuchen keine eindeutigen Zusammenhänge abgeleitet werden!

19 Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Grün Relationen der Versuchsergebnisse für BSH-Würfel und BSP-Würfel bzw. BSP-Würfel und BSP-Platte Druck-E-Modul quer zur Faser BSH-Würfel E c,90,mean = 302 N/mm² E c,90,05 = 209 N/mm² BSP-Würfel E c,90,mean = 516 N/mm² E c,90,05 = 435 N/mm² BSP-Platte E c,90,mean = 838 N/mm² E c,90,05 = 729 N/mm² 70 % Unterschied 60 % Unterschied Druckfestigkeit quer zur Faser BSH-Würfel f c,90,mean = 3,1 N/mm² f c,90,k = 2,1 N/mm² BSP-Würfel f c,90,mean = 3,6 N/mm² f c,90,k = 3,0 N/mm² BSP-Platte f c,90,mean = 5,9 N/mm² f c,90,05 = 5,3 N/mm² 40 % Unterschied (Norm 20 %) k c,90 = 1,8

20 Zusammenfassung Vorschlag für eine normative Festlegung der Kenngrößen Druck-E-Modul quer zur Faserrichtung Für Schichtdicken von 20 mm 40 mm: E c,90,mean = 500 N/mm² Druck-Elastizitätsmodul quer zur Faser [N/mm²] Bereich der praxisrelevanten Schichtdicken A E E c,90,mean aus [10] E c,90,k aus [10] D C B Box-Plots der würfelförmigen Box-Plots der brettförmigen Verlauf der Mittelwerte Verlauf der 5 %-Quantilwerte Charakteristische Werte D C E A B Druckfestigkeit quer zur Faserrichtung Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm] Für Schichtdicken von 20 mm 40 mm: f c,90,k = 3,0 N/mm² Druckfestigkeit quer zur Faser [N/mm²] 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Bereich der praxisrelevanten Schichtdicken f c,90,mean aus [10] f c,90,k aus [10] Box-Plots der würfelförmigen Box-Plots der brettförmigen Verlauf der Mittelwerte Verlauf der 5 %-Quantilwerte Charakteristische Werte 1, Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]

21 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!