Zur Temperaturbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit ... - Quadriga

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45_49_Bathon_Bletz:Layout 1 19.04.2010 11:22 Uhr Seite 46 Holz-Metall-Klebeverbindungen –46– 2/2010 Abb. 2: Prüfstand zur Ermittlung der Temperaturbeständigkeit von in Holz eingeklebten Gewindestangen (Klimaschrank geschlossen). Abb. 3: Detailansicht des geöffneten Klimaschranks mit Traglastversuch zur Ermittlung der Temperaturbeständigkeit von in Holz eingeklebten Lochblechen (Einklebefläche der Lochbleche 5,0 x 6,5 cm). Hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit von Verbindungen mit in Holz eingeklebten Lochblechen wurden ebenfalls erste Orientierungsversuche nach oben dargestelltem Versuchsablauf durchgeführt. Hierbei kamen unterschiedliche Lochblechgeometrien in Kombination mit variierenden Klebstoffsys - temen zum Einsatz. Ziel der Untersuchungen war es wiederum, die gemäß DIN 1052:2008 geforderte Temperaturbeständigkeit der Holz- Stahl-Klebeverbindung von mindestens 60°C nachzuweisen. Abbildung 5 zeigt hierzu exemplarisch das ermittelte Temperatur-Verformungs-Diagramm eines Prüfkörpers, bei dem ein Lochblech (l LB = 6,5 cm, b LB = 5 cm) mittels des 2K-Klebstoffsystems A ins Holz eingeklebt und das Zugmungs-Diagramme erstellt. Aus diesen kann abgelesen werden, ob und in welchem Maße es unter einer Temperaturbeanspruchung zu Verformungszunahmen (infolge einer wachsenden Nachgiebigkeit der Verbindung) kam. Bei den Untersuchungen mit in Holz eingeklebten Gewindestangen gemäß Abbildung 2 lagen folgende prüfkörperspezifische Randbedingungen vor: • Nadelholz C24, b/h/l = 30/8/8 cm, f t,k = 14 N/mm 2 gemäß DIN 1052:2008 • Gewindestange, Festigkeitsklasse 4.8, f y,k = 320 N/mm 2 gemäß DIN EN ISO 898-1: 2009 • Durchmesser der Gewindestange d Gewi = 8 mm • Durchmesser des Bohrlochs d Bohrloch = 10 mm • Einklebelänge der Gewindestange l ad = 100 mm • 2K-Klebstoffsystem A • Charakteristischer Festigkeitskennwert für die Klebefuge f k1,k = 4,0 N/mm 2 gemäß DIN 1052:2008 • effektive Querschnittsfläche der Gewindestange A ef = Tabelle 1: Bemessung einer in Holz eingeklebten Gewindestange gemäß DIN 1052:2008. 36,6 mm 2 (als Mittelwert aus Kerndurchmesser und Gewindeaußendurchmesser gemäß DIN 1052:2008) • Zugkraft F Zug = 8 kN, wobei diese Zugkraft gemäß DIN 1052:2008 (NKL2, mittlere Lasteinwirkungsdauer, k mod = 0,8) ungefähr dem rechnerischen k mod -fachen charakteristischen Ausziehwiderstand der eingeklebten Gewindestange entspricht (Tabelle 1). In Abbildung 4 sind exemplarisch die Versuchsergebnisse für einen Prüfkörper, der unter einer Zugkraft von F Zug = 8 kN getestet wurde, dargestellt. Es zeigte sich, dass es während der anfänglichen Aufheizungsphase zu ausgeprägten Verformungszunahmen der Klebeverbindung gekommen ist. Bei Erreichen der Klebefugentemperatur von 60°C wurde die Temperatur für ca. 120 Minuten gehalten. In dieser Phase kam es zu keinen weiteren signifikanten Verformungszunahmen des Prüfkörpers. Aus dem Versuchsergebnis kann somit abgeleitet werden, dass die Funktionsweise der Holz- Stahl-Klebeverbindung bei Parameter Nachweis Wirksame Querschnittsfläche des Holzes A ef = 36 · d 2 = 36 · (8 mm) 2 = 2304 mm 2 Aufnehmbare Zugkraft des Holzquerschnitts F k = A ef · f t,k = 2034 mm 2 · 14 N mm2 = 32,26 kN Mindesteinklebelängel 0,5·d 2 = 0,5·8 2 = 32 mm der Gewindestange ad,min = {10·d = 10·8 = 80 mm } = 80 mm, gewählt l ad = 100 mm Charakteristischer Ausziehwiderstand f y,k·A ef = 320 N/mm 2·36,6 mm 2 = 11,71kN der Gewindestange p·d·l ad·f kl,k = p·8 mm·100 mm·4,0 N/mm 2 = 10,05 kN R ax,k = min { } Abb. 4: Exemplarische Darstellung des Temperatur-Verformungs-Diagramms für einen Prüfkörper mit in Holz eingeklebter Gewindestange. dem Prüfkörper mit in Holz eingeklebter Gewindestange (Klebstoffsystem A) auf dem untersuchten Lastniveau bei Klebefugentemperaturen von 60°C mit 120minütiger Einwirkung gewährleistet ist.
45_49_Bathon_Bletz:Layout 1 19.04.2010 11:22 Uhr Seite 47 2/2010 –47– Abb. 5: Exemplarische Darstellung des Temperatur-Verformungs-Diagramms für einen Prüfkörper mit ins Holz eingeklebtem Lochblech. lastniveau mit 8 kN festgesetzt wurde. Es zeigte sich, dass die Funktionsweise des Prüfkörpers mit dem ins Holz eingeklebten Lochblech bei der gewählten Versuchskonstellation bei Klebefugentemperaturen von 60°C sichergestellt ist. Auf diesem Temperaturniveau traten während der ca. 120 Minuten andauernden Haltephase keine wesentlichen Verformungszunahmen auf. Insgesamt lässt sich zusammenfassen, dass bei den dargestellten Orientierungsversuchen zur Bestimmung des Einflusses einer thermischen Einwirkung auf das Traglast- und Verformungsverhalten von in Holz eingeklebten Gewindestangen und Lochblechen erste positive Zwischenergebnisse erzielt wurden. Für die dargestellten Prüfkörper konnte die Temperaturbeständigkeit bei einer 120minütigen Temperatureinwirkung mit einer mittleren Klebefugentemperatur von 60°C nachgewiesen werden. Diese Temperaturbeständigkeit muss jedoch noch durch weitere Untersuchungen, bei denen u.a. unterschiedliche Versuchskonstellationen zum Einsatz kommen sowie modifizierte Temperaturzyklen aufgebracht werden, bestätigt werden. Ermüdungsfestigkeit von in Holz eingeklebten Gewindestangen und Lochblechen Im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit von in Holz eingeklebten Gewindestangen und Lochblechen wurden an der MPA Wiesbaden seit Sommer 2009 ebenfalls mehrere Untersuchungsreihen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war die Ermittlung von Wöhlerdiagrammen sowie – damit verbunden – die Ermittlung der jeweiligen Lastniveaus, bei denen gerade kein Versagen der Prüfkörper infolge Ermüdung mehr auftrat. Hierzu wurden bis dato in 3 Versuchreihen insgesamt ca. 30 Prüfkörper in Kurzzeitzugversuchen und Ermüdungsversuchen getestet. Einzelheiten zu den Prüfkörpern der 3 Versuchsreihen können Tabelle 2 entnommen werden. Abbildung 6 zeigt eine exemplarische Darstellung der eingesetzten Prüfkörper in den drei oben genannten Untersuchungsreihen. Bei den Prüfkörpern der Untersuchungsreihe E-1 und E-2 kamen Lochbleche gemäß Tabelle 2 zum Einsatz. Zum Einkleben der Lochbleche ins Holz wurden die Hölzer an der Oberseite stirnseitig geschlitzt. Die Schlitzbreite betrug hierbei 4 mm. Die Schlitztiefe lag bei 80 mm. Anschließend wurden die Lochbleche mit zwei unterschiedlichen zweikomponentigen Klebstoffsys - temen ins Holz eingeklebt (Klebstoffsystem C bzw. Klebstoffsystem B). Aufgrund der vorliegenden Prüfkörpergeometrie konnten stets 5 Lochungen eines Lochblechs im Holzquerschnitt verankert werden. Bei den Prüfkörpern der Untersuchungsreihe E-3 wurden Gewindestangen gemäß Tabelle 2 verwendet. Die Prüfkörper aus Fichtenbrettschichtholz (b/h/l = 10 cm / 10 cm / 49 cm) wurden an der Oberseite mittig mit einer 25 cm tiefen Bohrung (dBL = 14 mm) versehen, ehe die Gewindestangen (d GEWI = 12 mm) mit dem Klebstoffsystem C eingeklebt wurden. Aufgrund der gewählten Prüfkörperkonstellation lag bei der Untersuchungsreihe E-3 eine Schlankheit der Prüfkörper von b/d GEWI = 100 mm / 12 mm = 8,3 vor. Tabelle 2: Kenngrößen der Untersuchungsreihen zur Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit. Versuchsreihe Metallquerschnitt Holzquerschnitt Klebstoffsystem E-1 Lochblech, Baustahl St 37-2, BS-Holz C24, „in Holz eingeklebte b LB = 20 mm, t LB = 2,5 mm, b/h/l = 4/8/27 cm, 2K-Klebstoff C Lochbleche“ d L = 10 mm, e L = 15 mm u ≈12% E-2 Lochblech, Baustahl St 37-2, BS-Holz C24, „in Holz eingeklebte b LB = 20 mm, t LB = 2,5 mm, b/h/l = 4/8/27 cm, 2K-Klebstoff B Lochbleche“ d L = 10 mm, e L = 15 mm u ≈12% E-3 Gewindestange, Güte 4.8, BS-Holz C24, „in Holz eingeklebte d GEWI = 12 mm, d BL = 14 mm, b/h/l = 10/10/49 cm, 2K-Klebstoff C Gewindestangen“ l ad = 25 cm u ≈12% Bester Schutz vor Bauschäden und Schimmel Hochleistungs-Dampfbremse ... für maximale Sicherheit Feuchtevariabler s d -Wert 0,25 bis >10 m DASATOP Sanierungs-Dampfbremse Optimiert für die Sub-and-Top-Verlegung von außen. Schnell, einfach, sicher! Siehe auch „Sanierungs-Studie“ im neuen WISSEN 2010/11. Top Sub Fordern Sie kostenfrei an: NEU: pro clima „WISSEN 2010/11“ Der neue Katalog mit 372 Seiten Bauphysik, Magazin, Systeme, Produkte, Details, Service uvm. www.proclima.de
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