Graz, 4. Juni 2008 Präsentation der Diplomarbeit Versuchstechnische Ermittlung der Querdruckkenngrößen von Brettsperrholz Ylli HALILI Institut für Holzbau und Holztechnologie Technische Universität Graz
Inhaltsverzeichnis Herstellung und Anwendung von Brettsperrholz Beeinflussende Parameter bei Querdruckbeanspruchung von Holz Ziele und Versuchskonzept Versuchsdurchführung Ergebnisse Vorschlag für normative Festlegungen
Produkt und Herstellung Brettsperrholz (aus pro:holz (Hrsg.): Mehrgeschoßiger Holzbau in Österreich, 2002)
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!
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)
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 )
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
Versuchsumfänge Würfelförmige Brettförmige Schicht anzahl d l d q d q /d l Anzahl der Prüfkörper Dicke Anzahl der Prüfkörper [-] [mm] [mm] [mm] [Stk.] 3 67 67 1 16 5 40 40 1 41 46 31 2/3 16 55 18 1/3 16 29 29 1 16 7 33 22 2/3 16 40 13 1/3 16 9 22 22 1 16 20 10 10 1 16 Summe 169 Plattenförmige Schicht anzahl d l d q d q /d l Anzahl der Prüfkörper [-] [mm] [mm] [mm] [Stk.] 5 40 40 1 5 [mm] [Stk.] 10 21 22 20 29 20 40 20 67 20 Summe 101 Lage im Stamm Schicht anzahl Schicht dicke Lage im Stamm Anzahl der Prüfkörper [-] [mm] [-] [Stk.] 5 40 Kernware 16 5 40 kernnahe 16 5 40 Seitenware 16 Summe 48
Versuchsdurchführung Versuchskonfiguration nach ON EN 408 Standardisierte Prüfkörper (h = 200 mm, A = 25000 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 0 1 2 w Würfelförmige Brettförmige Plattenförmige
Bilder der Serie Rot Parameter: Schichtdicke bzw. Schichtanzahl der Serie Blau Parameter: Aufbauparameter der Serie Schwarz Parameter: Lage im Stamm
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] 800 700 600 500 400 300 200 100 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 10 22 29 40 50 67 90 Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]
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 10 22 29 40 50 67 90 Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]
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 1,0 10 22 29 40 50 67 90 Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]
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 10 22 29 40 50 67 90 Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]
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] 800 700 600 500 400 300 200 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
Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse der Serie Schwarz Lage der Bretter im Stamm Arbeitslinien 145.000 125.000 105.000 Kraft [N] 85.000 65.000 45.000 25.000 5.000 0 1 2 3 4 5 Weg [mm] Seitenware Kernnahe Kernware
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] 650 600 550 500 7-schichtig 450 400 350 300 1/3 2/3 1 Aufbauparameter [dq/dl] Druck-E-Modul quer zur Faser [N/mm2] 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 1/3 2/3 1 Aufbauparameter [dq/dl] Für die Abhängigkeiten der Querdruckkenngrößen vom Aufbauparameter konnten aus den vorliegenden Versuchen keine eindeutigen Zusammenhänge abgeleitet werden!
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!
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
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] 800 700 600 500 400 300 200 100 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 10 22 29 40 50 67 90 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 1,0 10 22 29 40 50 67 90 Dicke der brettförmigen bzw. der Einzellagen der würfelförmigen [mm]
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!