Suche

Zapfenverbindungen im Holzbau – bruchmechanische Analyse und Vorschlag eines Berechnungsmodells

Claus, Timo / Seim, Werner

Formschlüssige Holz‐Holz‐Verbindungen haben aufgrund der einfachen Herstellung und Montage eine lange Tradition und gleichzeitig ein großes Potenzial im modernen Holzbau. In den vergangenen Jahren wurde u. a. die Zapfenverbindung sukzessive an die CNC‐Produktionstechniken angepasst und weiterentwickelt. Mit schwalbenschwanzförmigen Zapfen wurden so die Montageabläufe und bei der gereihten Zapfenverbindung die Tragfähigkeit entscheidend verbessert. Experimentelle Untersuchungen zeigten, dass bei allen auf der Zapfenverbindung basierenden Verbindungstypen das Versagen von der Rissentwicklung am Zapfen eingeleitet wird. Hohe Querzug‐ und Schubspannungen in der Rissebene führen dann, wie bei ausgeklinkten Trägerauflagern, zum Versagen des Bauteils. In dem folgenden Beitrag wird eine Bemessung von Zapfenverbindungen mit Bezug zu dem Konzept vorgeschlagen, welches der Eurocode 5 für die Ausklinkung bereithält. Dies basiert auf der bruchmechanischen Auswertung des Rissprozesses und wird dann zu einem Nachweis mit Bezug auf die Schubfestigkeit umformuliert. Das entwickelte Modell zeigt sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen. Durch die Analyse der Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen an Zapfenverbindungen konnte eine Zuverlässigkeitsanalyse der aufgestellten Bemessungsgleichung durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Bemessungskonzept für den Grenzzustand der Tragfähigkeit ist als Erweiterung der Bemessung für ausgeklinkte Trägerauflager konzipiert und auf unterschiedliche Zapfenverbindungen anwendbar.

Tenon connections in timber constructions – fracture mechanic analysis and proposal of a new design model

Timber‐to‐timber connections benefits in terms of the production and assembly process in structural timber engineering. In the past few years, the traditional mortise and tenon connection was adapted step‐by‐step on the CNC production process. New connection types as the dovetail connection enables a better installability and multiple tenon connections show significant higher loading capacity. Experimental investigations showed that all these connection types fail due to the crack propagation in grain direction. Transversal tension stresses combined with shear stresses as observed at the notch results in failure. In this contribution the failure load of tenon connections will be developed with the energy‐based fracture mechanic method used in Eurocode 5. The new model shows good accordance to experimental investigations on tenon connections. A normalization of the experimental test results enabled a reliability analysis of the developed design equations. The proposed design equation is a modification of the Eurocode 5 formulation and allows to calculate the ultimate limit state of tenon joints.