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Simulation der Tragfähigkeit von Brettschichtholz

Matthias Frese

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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

Holzbau und Baukonstruktionen

www.kit.edu

Simulation der Tragfähigkeit von BS-Holz − Methoden und Ergebnisse aktueller ForschungMatthias Frese

90 Jahre Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineFestkolloquium am 29. und 30. September 2011

2 30.9.2011 KIT Holzbau und BaukonstruktionenMatthias Frese − Simulation der Tragfähigkeit von BS-Holz

0.1 5 25 50 75 95 99.925

30

35

40

45

50

55

Bie

gefe

stig

keit

[N/m

m²]

Bie

gefe

stig

keit

[N/m

m²]

GL36h

N 64f,m,k 30.3

Normal PercentilesQuantile der Normalverteilung

Hintergründe

FichtenbrettschichtholzBiegefestigkeitauf dem Prüfstand

Wie fest istFichtenbrettschichtholz?


Matthias Frese

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Hintergründe



Warenlager Wald im WandelAnteil der Laubbäume steigt

Buchenbrettschichtholz


Hintergründe





Dauerthema DauerhaftigkeitAlternative zu Fichten-und Tropenholz

Modifiziertes Holz für BS-Holz


Matthias Frese

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Hintergründe





Dauerthema DauerhaftigkeitAlternative zu Fichten-und Tropenholz

Modifiziertes Holz für BS-Holz

WettbewerbWirtschaftliche Planung

Produktoptimierung


Simulation

Lat. simulare, eigtl. = nachahmen

“Sachverhalte, Vorgänge [mit technischen, (natur)wissenschaftlichen Mitteln] modellhaft nachbilden, (bes. zu Übungs-, Erkenntniszwecken) in den Grundzügen wirklichkeitsgetreu nachahmen”


Matthias Frese

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Glos et al. (1973)


“Da die Beanspruchbarkeit eine stochastische Größe darstellt,ist eine große Anzahl von Versuchen notwendig.Aus wirtschaftlichen Gründen ist es daher geboten,diese Versuche nicht an der Vielzahl möglicher Tragwerksformen durchzuführen, sondern an einigen wenigen Elementen, aus denen die Tragwerke zusammengesetzt werden können.”

Glos et al. (1973)


Matthias Frese

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Glos et al. (1973)


Finite-Elemente-Methode

“Besonders der bausteinartige Aufbau kommt der gewohnten Denkweise des Ingenieurs sehr entgegen und unterscheidet sich auf diese Weise vom Ansatz her von abstrakten mathematischen Algorithmen.”

“Die zu berechnende Struktur wird in eine Anzahl einzelner Elemente endlicher Größe zerlegt.”

“Sie sind von gleicher Strukturart und gleichem Materialverhalten wie das Original-Tragwerk.”

Wunderlich (1985)


Matthias Frese

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Wunderlich (1985)


Rundholzplatz, SchwörerHolzindustrie,Hohenstein


Matthias Frese

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Schwachholzlinie, Schwörer Holzindustrie,Hohenstein


Streuende Holzeigenschaften

Flussdiagramm der Materialsimulationim Karlsruher Rechenmodell (KAREMO)

Ehlbeck et al. (1985)


Matthias Frese

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Methoden & Ergebnisse aktueller Forschung

Strukturanalyse

Sortierverfahren

Holzarten

Systeme


Methoden & Ergebnisse

StrukturanalyseFinite-Elemente-Programm für wissenschaftliche Anwendungen

Spezifische Programmiersprache

ProzessorenModellierung, Berechnung, Auswertung, Visualisierung

Anpassungsfähig


Matthias Frese

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Simulierter Biegeversuch


Simulierter Biegeversuch − Tragfähigkeit


Matthias Frese

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Simulierter Biegeversuch − Tragfähigkeit



Strukturanalyse

SortierverfahrenVisuelle und maschinelle Sortierungen

Datenbank der Holzforschung München


Matthias Frese

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Visuelle Sortierung

Sortierplatz,Hüttemann Holz,

Olsberg


Maschinelle Sortierung

Modul ViSCANBerührungslose FrequenzmessungMiCROTEC, Brixen


Matthias Frese

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Strukturanalyse

Sortierverfahren

HolzartenFichtenholz – Korrektur der Anforderungen an Bretter und Keilzinken



Matthias Frese

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Strukturanalyse

Sortierverfahren


Buchenholz – Reaktion auf das zukünftig verstärkte Buchenholzaufkommen



Matthias Frese

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BS-Holz aus Buche


BS-Holz aus BucheAllgemeine bauaufsichtliche Zulassung

Festigkeitsklassen und Anforderungen


Matthias Frese

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GL44cIPE-240S 235

340 mm

110 mm

240 mm

120 mm


Versagensfall


Matthias Frese

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Hersteller von BS-Holz aus Buche

Studiengemeinschaft Holzleimbau e.V.:Burgbacher Holztechnologie GmbH

Schaffitzel Holzindustrie GmbH + Co. KG

SchwörerHaus KG

WIEHAG GmbH



Strukturanalyse

Sortierverfahren


Buchenholz – Reaktion auf das zukünftig verstärkte Buchenholzaufkommen

Acetylierte Radiata-Kiefer (Accoya) – Dauerhaftigkeit


Matthias Frese

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33 30.9.2011 KIT Holzbau und BaukonstruktionenMatthias Frese − Simulation der Tragfähigkeit von BS-Holz Zusammenbau einer Trogbrücke

Werkshalle, Schaffitzel Holzindustrie


Accoya

Radiata-Kiefer (pinus radiata)aus Neuseeland/Chile

Plantagenholz

Modifikationdurch Einlagerungvon Essigsäureanhydrid

Dauerhaftigkeit


Matthias Frese

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Accoya

Plantage in Neuseeland,

Schonung mit jungem

Baumbestand


Accoya-Bretter


Matthias Frese

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Accoya-Brettschichtholz

Haupttragglied einer Brücke für die Niederlande

Werkshalle, Schaffitzel Holzindustrie


Wissenschaftliche Grundlagen für Accoya-BS-Holz

Accoya-BS-HolzBiegeversuch


Matthias Frese

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Einflüsse auf die Festigkeit


Zugversuche an Accoya-Brettabschnitten

Zugprüfmaschine, Holzforschung München


Matthias Frese

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Zugversuche an Accoya-Brettabschnitten

Zugprüfmaschine, Holzforschung München


150 mm


Matthias Frese

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Matthias Frese

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Dauerhaftigkeit von frei bewitterten HolzbauteilenFallbeispiel

Brücke ausFichten-brettschichtholz,2010 abgerissen


Wettbewerbsnachteile

Aluminium-konstruktionals Ersatz


Matthias Frese

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Pilzbefall und Fäule

AnschlussGeländerpfosten



Strukturanalyse

Sortierverfahren

Holzarten

Systeme aus Fichten BS-HolzZugversuche – Längeneffekte

Druckversuche – Holzfeuchte


Matthias Frese

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Biege-, Zug- und Druckfestigkeit

fm,g,k

ft,0,g,k

fc,0,g,k


Modelle für Biege- und Zugversuche


Matthias Frese

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Su

mm

en

hä

ufig

keit

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

BS-Holz-Festigkeit [N/mm²]15 20 25 30 35 40 45 50

21.3

24.2

BiegefestigkeitZugfestigkeit


Simulation ft,0,k

(= 0,88fm,k)

DIN 1052:2008

2421


Matthias Frese

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Einfluss der Bauteillänge auf die Zugfestigkeitkl

-Fa

kto

r [-

]

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

Bauteillänge [m]0 10 20 30 40 50 60

k l ( f t 0 k ) - S t a b l a e n g e

5,4 m

Simulierte FestigkeitsverhältnisseRegressionskurve


Modell für Druckversuche


Matthias Frese

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Druckfalten im Splintholz einer im Sturmabgeknickten Kiefer


Holzfeuchtigkeit

Glos (1978)


Matthias Frese

29

57 30.9.2011 KIT Holzbau und BaukonstruktionenMatthias Frese − Simulation der Tragfähigkeit von BS-Holz Ch

ara

kt. B

S-H

olz

-Dru

ckfe

stig

keit

[N/m

m²]

20

25

30

35

40

45

50

Charakt. Rohdichte des Schnittholzes [g/cm3]0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44 0.46

f c 0 5 * r h o 0 5 _ 1 2

Holzfeuchte12 %16 %20 %


DIN 1052:2008

Simulation fc,0,k

(NKL 1)3936


Matthias Frese

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Strukturanalyse

Sortierverfahren

Holzarten

SystemeZugversuche und Längeneffekte

Druckversuche und Holzfeuchtigkeit

Systemeffekte bei Mehrfeldträgern


Mehrfeldträger

Wahrscheinlichkeitdes Zusammentreffens zwischen Beanspruchungsspitzenund Schwachstellen


Matthias Frese

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Bereiche, in denen hohe Beanspruchungen mit

potenziellen Schwachstellen

zusammentreffen

ℓ/3 (Einfeldträger)bzw. einzelne Punkte

(Mehrfeldträger)

Referenzträger


Matthias Frese

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Mehrfeldträger

Effektive Biege-festigkeiten

Referenzträger charakt. Biegefestigkeit (Tabellenwert)


Modelle


Matthias Frese

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Effe

ktiv

e B

ieg

efe

stig

keit

[N/m

m²]

20

25

30

35

40

Biegefestigkeit des Einfeldträgers [N/mm²]20 22 24 26 28 30 32

f m g k 1 f m g k 2

Mehrfeldträger2 Felder3 Felder4 Felder


Neubau einer Turnhalle, KIT


Matthias Frese

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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