Zum Tragverhalten druck- und biegebeanspruchter Holzbauteile

Das Tragverhalten von Bauteilen, die infolge einer äußeren Einwirkung durch Druck, Biegung oder einer Kombination von Druck und Biegung beansprucht werden, zeichnet sich dadurch aus, dass infolge einer Steigerung der Einwirkung die Materialbeanspruchungen und Verformungen selbst bei linear elastischem Materialverhalten überproportional (nichtlinear) anwachsen können. Das Phänomen dieses geometrisch nichtlinearen Tragverhaltens wird im Holzbau bei Druckstäben als Knicken, bei Biegstäben als Kippen und bei Stäben mit kombinierter Beanspruchung als Biegedrillknicken bezeichnet. Für den Holzbau werden für das Knicken und Kippen in der Normung vereinfachte Bemessungsverfahren angegeben. Für das Biegedrillknicken ist ein solches Verfahren nicht vorhanden. Stattdessen werden die Verfahren für das Knicken und das Kippen linear superponiert. In der Veröffentlichung von Kessel, Schönhoff und Hörsting 2005/06 werden die Untersuchungen der Traglasten, die nach den verschiedenen Bemessungsverfahren für das Knicken ermittelt werden können, dargestellt und beschrieben. Ziel dieser Arbeit ist die Beschreibung der Überprüfung des vereinfachten Bemessungsverfahrens für das Kippen und vor allem dessen Superposition mit dem vereinfachten Bemessungsverfahren für das Knicken zur Bemessung von biegedrillknickgefährdeten Bauteilen. Die Beanspruchungen von ausgewählten Biegestäben mit geometrisch nichtlinearem Tragverhalten werden unter Verwendung eines linearen Materialmodells theoretisch angegeben, indem die Lösungen der Stabilitäts- und Spannungsprobleme dieser Stäbe dargestellt werden. Zur Gegenüberstellung wird für die Beanspruchbarkeit von Holzquerschnitten durch Längskraft und zweiachsige Biegung ein neues Modell dargestellt, das sowohl das physikalisch nichtlineare Materialverhalten im Druckbereich als auch den Volumeneffekt im Zugbereich berücksichtigt. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird ein neues Bemessungskonzept entwickelt, bei dem die geometrisch nichtlinear, materiell linear ermittelten Beanspruchungen den Beanspruchbarkeiten gegenüber gestellt werden, die vereinfachend das physikalisch nichtlineare Materialverhalten und den Volumeneffekt berücksichtigen. Unabhängig von diesen analytischen Untersuchungen werden die Grenzzustände von knick-, kipp- und biegdrillknickgefährdeten Stäben mit Hilfe von FEModellen überprüft, in die das physikalisch nichtlineare Materialverhalten im Druckbereich eingearbeitet wurde. Der Vergleich der Ergebnisse der verschiedenen Methoden zeigt, dass das neu entwickelte Bemessungskonzept einerseits zu Ergebnissen führt, die wirtschaftlich und sicher sind. Andererseits beruht es im Gegensatz zu den bekannten vereinfachten Bemessungsverfahren auf einheitlichen Grundlagen für das Knicken, Kippen und Biegdrillknicken, ist gut nachvollziehbar und es können Eingangsparameter, wie Größe und Art der Imperfektionen jederzeit den Erfordernissen angepasst werden. Darüber hinaus ist eine Bemessung nach dem vorgeschlagenen Konzept nicht aufwendiger oder komplizierter zu handhaben als die bekannten vereinfachten Bemessungsverfahren.