On the development of a multiple testing system for dynamic load tests on timber and timber connections

Autor: Wojan, Immanuel
Přispěvatelé: Sieder, Mike, Dehn, Frank
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Popis: Der Baustoff Holz trägt aufgrund der Nachhaltigkeit und seiner positiven mechanischen Eigenschaften dazu bei, dass er im modernen Bauwesen zunehmend auch für Beanspruchungen unter vorwiegend nicht ruhenden Belastungen zum Einsatz kommt bzw. kommen soll. National und international anerkannte Bemessungs- und Anwendungsregeln für Holz, Holzwerkstoffe und deren Verbindungen hinsichtlich ihres Widerstandes gegen Ermüdung sind jedoch derzeit noch unzureichend, sofern sie überhaupt existieren. Eine rechnerische Erfassung mit brauchbaren Ergebnissen für den Widerstand gegen Ermüdung ist auch mit modernsten Methoden komplex und können experimentelle Untersuchungen derzeit nicht ersetzen. Dynamische Langzeitversuche in Form von Dauerschwingversuchen bilden die Hauptgrundlage dieser notwendigen experimentellen Untersuchungen. Aufgrund des relativ niedrigen Elastizitätsmoduls des Holzes und des Temperatureinflusses auf die mechanischen Eigenschaften während einer Prüfung sind jedoch lediglich geringe Prüffrequenzen möglich.Weiterhin bedingt die Inhomogenität des Werk- oder Baustoffes Holz zusätzlich eine hohe Versuchsanzahl, um statistisch gesicherte Ergebnisse zu erhalten. Diese Randbedingungen führen letztendlich zu einem hohen Aufwand und einer großen Kostenintensität für diese Untersuchungen. Die vorliegende Arbeit befasst sich damit, ein Konzept für eine zeitliche und wirtschaftliche Optimierung dieser experimentellen dynamischen Untersuchungen an Holz bzw. Holzkonstruktionen zu liefern. Dies soll ermöglicht werden, in dem ein Mehrfachprüfsystem entwickelt, gebaut und erprobt wird. Durch die Möglichkeit, mehrere Probekörper gleichzeitig zu prüfen, wird nicht nur ein zeitlicher, sondern auch ein signifikanter energetischer Vorteil erzielt, der an Relevanz derzeit ständig an Bedeutung gewinnt. Es werden zuerst historische und moderne Systeme zur Untersuchung des Dauerschwingverhaltens verschiedener Werkstoffe bzw. Baumaterialien vorgestellt und beschrieben. Unter Berücksichtigung der Informationen aus dieser Recherche wird ein Prüfsystem entwickelt und verbessert, mittels dessen mehrere Probekörper gleichzeitig auf Ermüdung geprüft werden können, ohne dass sich das Verhalten der Probekörper gegenseitig beeinflusst. Eine zentrale Problemstellung und deren Lösung bildet dabei die Kompensation der während des Versuchs ausgefallenen Einzelprobekörper. Mit Hilfe eines hydraulischen Ausgleichssystems innerhalb einer vorhandenen Prüfmaschine wird die Prüfmaschinenkraft kontrolliert und zu jeder Zeit automatisch auf die einzelnen Probekörper verteilt und messtechnisch überwacht. Ein Ausfall eines einzelnen Probekörpers wird durch eine nach dem Probekörperausfall automatische Lastumleitung in Kompensationsbauteile realisiert. Die Lastumleitung erfolgt dabei während des laufenden Versuchs ohne eine Beeinflussung des jeweils noch intakten, mitgeprüften Probekörpers. Die Wirksamkeit und Funktionsfähigkeit des Mehrfachprüfsystems wird in zahlreichen Einzel- und Kombinationsversuchen nachgewiesen. Als Abschluss der Erprobungsphase des Mehrfachprüfsystems werden dynamische Druck-Schwell-Versuche an mehrschnittigen, miteinander verschraubten Probekörpern aus Holz durchgeführt. Der Abschluss dieser Erprobungsphase stellt gleichzeitig den Beginn einer Versuchsserie im Rahmen eines Forschungsthemas des Institutes für Baukonstruktion und Holzbau, iBHolz, der Technischen Universität Braunschweig dar.
Due to its sustainability and positive mechanical properties, wood as a building material is increasingly being used or is intended to be used in modern construction for stresses under predominantly non-resting loads. However, nationally and internationally recognized design and application rules for wood, wood-based materials and their connections with regard to their resistance to fatigue are currently still insufficient, if they exist at all. A computational assessment with useful results for resistance to fatigue is complex even with the most modern methods and cannot replace experimental investigations at present. Dynamic long-term tests in the form of fatigue tests form the main basis of these necessary experimental investigations. However, due to the relatively low elastic modulus of wood and the influence of temperature on the mechanical properties during a test, only low test frequencies are possible. Furthermore, the inhomogeneity of wood as a material or building material additionally requires a high number of tests in order to obtain statistically reliable results. These boundary conditions ultimately lead to a high effort and a high cost intensity for these investigations. The present work is concerned with providing a concept for a temporal and economic optimization of these experimental dynamic investigations on wood or wood structures. This shall be made possible by developing, building and testing a multiple test system. The possibility to test several test specimens at the same time will not only provide a time advantage, but also a significant energy advantage, which is currently gaining in relevance. Historical and modern systems for investigating the fatigue behavior of various materials or construction materials are first presented and described. Taking into account the information from this research, a test system is developed and improved by means of which several test specimens can be tested for fatigue simultaneously without the behavior of the test specimens influencing each other. A central problem and its solution is the compensation of the individual specimens that fail during the test. With the aid of a hydraulic compensation system within an existing testing machine, the testing machine force is controlled and automatically distributed to the individual specimens at all times and monitored by measurement. A failure of a single specimen is realized by an automatic load redirection into compensation components after the specimen failure. The load is redirected during the test without affecting the intact specimen that is also being tested. The effectiveness and functionality of the multiple test system is demonstrated in numerous individual and combination tests. As a conclusion of the testing phase of the multiple test system, dynamic compression-swell tests are carried out on multi-cut test specimens made of wood that are bolted together. The completion of this testing phase simultaneously represents the start of a series of tests as part of a research topic of the Institute of Building Construction and Timber Engineering, iBHolz, at the Technical University of Braunschweig.
Databáze: OpenAIRE
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