Entwicklung eines Berechnungsmodells zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Holzrahmenwänden unter Berücksichtigung lokaler Effekte
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen | ger |
| dc.contributor.referee | Seim, Werner (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Kasal, Bohumil (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2023-05-04T12:27:07Z | |
| dc.date.available | 2023-05-04T12:27:07Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.description | Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2014 | ger |
| dc.identifier | doi:10.19211/KUP9783862199211 | |
| dc.identifier.isbn | 978-3-86219-921-1 (e-book) | |
| dc.identifier.uri | urn:nbn:de:0002-39216 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/14651 | |
| dc.language.iso | ger | ger |
| dc.publisher | kassel university press | |
| dc.publisher.place | Kassel | |
| dc.relation.isbn | 978-3-86219-920-4 (print) | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject.ddc | 624 | |
| dc.subject.swd | Holzrahmenbau | ger |
| dc.subject.swd | Holzverbindung | ger |
| dc.subject.swd | Tragverhalten | ger |
| dc.subject.swd | Deformationsverhalten | ger |
| dc.subject.swd | Finite-Elemente-Methode | ger |
| dc.title | Entwicklung eines Berechnungsmodells zur Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens von Holzrahmenwänden unter Berücksichtigung lokaler Effekte | ger |
| dc.type | Buch | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung eines Berechnungsmodells, mit welchem die Steifigkeit und die Tragfähigkeit von Holzrahmenwänden mithilfe von allgemein verfügbaren Elementtypen möglichst exakt beschrieben werden kann. Dabei soll untersucht werden, inwieweit zum Erreichen des Ziels auf experimentelle Untersuchungen vollständig verzichtet werden kann.In Kapitel 1 werden die Hintergründe beschrieben, weshalb bei der Bemessung gegenüber Erdbebenbeanspruchungen eine Unterschätzung der Tragfähigkeit und eine Überschätzung der Steifigkeit von Holzrahmenwänden nicht zwangsläufig zu "auf der sicheren Seite liegenden" Ergebnissen führt. In Kapitel 2 werden unterschiedliche Bemessungsverfahren für Holzrahmenwände vorgestellt und die Ergebnisse mit Versuchsergebnissen verglichen.Eine erste Literaturrecherche gibt einen Überblick über die Entwicklungen bei der FE-Modellierung von Holzrahmenwänden und es werden unterschiedliche Ansätze vorgestellt (vgl. Kapitel 3). Es wird deutlich, dass bei der Verwendung von globalen Federelementen, welche vollständige Holzrahmenwände abbilden, grundsätzlich Versuche an Wandelementen notwendig sind. Werden die einzelnen Verbindungsmittel mithilfe von lokalen Federelementen modelliert, werden entweder die Tragfähigkeiten der Wandelemente überschätzt (bei karthesischen Federpaaren) oder die benötigten Federelemente sind in gängigen Berechnungsprogrammen nicht verfügbar (bei orientierten Federelementen). Aus diesen Gründen wird ein neues FE-Modell entwickelt, welches die Verbindungsmittel mithilfe von lokalen Balkenelementen (VM-Elemente) abbildet, die in allen gängigen FE-Programmen verfügbar sind (vgl. Kapitel 6). Die benötigten Materialkennwerte und Parameter basieren auf den charakteristischen Werten aus Normen und Zulassungen. Wenn Versuche an Verbindungsmitteleinheiten vorliegen, können die dort erreichten, höheren Tragfähigkeiten mithilfe eines Überfestigkeitsbeiwertes berücksichtigt werden.Zur Validierung des Berechnungsmodells wurde eine zweite Literaturrecherche zu experimentellen Untersuchungen an Verbindungsmitteleinheiten, Verankerungsdetails und Holzrahmenwänden durchgeführt (vgl. Kapitel 4). Bei den Verbindungsmitteleinheiten und Holzrahmenwänden wird deutlich, dass in der Vergangenheit zwar eine Vielzahl an Versuchen durchgeführt wurde, dass aber auch eine sehr große Bandbreite an möglichen Versuchsaufbauten, verwendeten Materialien und deren Eigenschaften existiert. Große Unterschiede existieren im internationalen Vergleich auch bei der Art der Verankerung, wobei Verankerungsdetails bisher kaum untersucht wurden. Somit ist eine Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse, trotz der Vielzahl an Veröffentlichungen zu dieser Thematik, nur sehr eingeschränkt möglich. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen des Forschungsprojekts Optimberquake eigene Versuche an Verbindungsmitteleinheiten, Verankerungsdetails und Holzrahmenwänden durchgeführt (vgl. Kapitel 5), bei denen der Schwerpunkt auf die, im mitteleuropäischen Raum üblichen Wandkonfigurationen und eine praxisnahe Verankerung gelegt wurde. Außerdem wurden die lokalen Verformungen in den einzelnen Bauteilen mithilfe eines optischen Messsystems erfasst, so dass neben dem Vergleich der globalen Last-Verformungskurven auch die lokalen Effekte in den einzelnen Bauteilen anhand der experimentellen Untersuchungen validiert werden konnten.Die Ergebnisse zeigen, dass das vorgestellte FE-Modell sehr gut geeignet ist, um das Trag- und Verformungsverhalten von Holzrahmenwänden unter monotonen Beanspruchungen abzubilden. Unter Verwendung eines Überfestigkeitsbeiwertes, der direkt aus Versuchen an Verbindungsmitteleinheiten abgeleitet wird, erreicht das Modell Tragfähigkeiten, die dicht an den Ergebnissen aus den Wandversuchen liegen. Bei der Verwendung von charakteristischen Materialkennwerten liegen die Ergebnisse über den Werten, die bei einer Bemessung nach dem Schubfeldmodell erreicht werden. Darüber hinaus kann die Steifigkeit der Wandelemente für den vorwiegend elastischen Anfangsbereich sehr gut abgebildet werden. Auch die lokalen Verformungen in den einzelnen Bauteilen lassen sich mithilfe des FE-Modells sehr gut zuordnen.Um die Zielsetzung eines FE-Modells mit allgemein verfügbaren Elementtypen, ohne die Notwendigkeit einer Durchführung von experimentellen Untersuchungen vollständig erreichen zu können, wäre die Verfügbarkeit von Überfestigkeitsbeiwerten in einer Datenbank wünschenswert. Weitere Untersuchungen könnten hier sowohl die Bandbreite an Versuchskonfigrationen erweitern als auch durch eine größere Versuchsanzahl die statistische Absicherung der Werte optimieren. Da die Validierung gezeigt hat, dass das FE-Modell auch die lokalen Effekte zutreffend abbildet, könnten mithilfe des FE-Modells außerdem die Beanspruchungen der Bauteile bei einer asymmetrischen Verankerung und Wandelementen mit Öffnungen hinsichtlich möglicher kritischer Stellen näher untersucht werden. | ger |
| dcterms.abstract | The target of this dissertation is the development of an advanced modeling of timber-framed wall elements, using element types and material formulations which are available in common FE programs. Both the capacity and the stiffness should be described as exactly as possible without the necessity of performing experimental tests on wall elements or connection units.In chapter 1, a description is given of why an underestimation of the load-bearing capacity and an overestimation of the stiffness does not automatically lead to calculation results which are “on the safe side”. In chapter 2, different calculation methods for timber-framed wall elements were analyzed.The first part of a literature review gives an overview about the developments in the modeling of timber-framed wall elements and the most important approaches are presented (cf. chapter 3). If global spring elements are used to model full wall elements, experimental tests on wall elements are necessary for calibration. If local spring elements are used to model every single fastener, either the load bearing capacity will be overestimated (Carthesian spring pairs) or the element types are not available in all common FE programs (oriented spring elements).For this reason, a new FE model was developed using beam elements to model the fasteners (cf. chapter 6). This type of element is available in all common FE programs. The input parameters for the materials are based on characteristic values and can be taken from standards and technical approaches. If test results on connection units are available, the mean values of the capacities can be taken directly, otherwise an overstrength factor has to be defined.The second part of a literature review about experimental tests on connection units, anchoring units and timber-framed wall elements (cf. chapter 4) was conducted for the validation of the FE model developed. It becomes clear when looking at the connection units that many tests have been documented over the last few decades, however, there are many possible test configurations, materials and material parameters. In addition, differences in the wall geometries, the upload and the post-processing of the performance under earthquake loadings exist (calculation of ductility, energy dissipation, etc.) for timber-framed wall elements. Furthermore, there are considerable differences in the way of anchoring the wall elements. Interestingly, there have only been a few tests on anchoring units carried out so far. This study demonstrates that a comparison of certain test results cannot easily be done, although there are many publications regarding this topic.Based on this background, test series on connection units, anchoring units and timber-framed wall elements were performed (cf. chapter 5), whereby the focus was on wall configurations and anchoring situations typical of the construction practice in central Europe. For the tests on the wall elements, the local deformations in the wall components were measured using optical measurement devices, so that not only the global load-displacement characteristics, but also the local effects are available for the validation of the FE model.The results show that the newly developed FE model is suitable for describing the load-displacement behavior of timber-framed wall elements under monotonic loadings. Using an overstrength factor derived from experimental tests on connection units, the load capacities calculated are close to the test results on wall elements. Using characteristic material parameters, the results of the load capacities are considerable higher compared to the calculation method according to DIN EN 1995-1-1. Furthermore, the initial stiffness and the local deformations of the single wall components can be predicted in good accordance with experimental results.In order to fully achieve the target of an FE model which uses only types of elements which are available in common FE programs and input data which is generally available, a database with overstrength factors for different combinations of fasteners and sheathing materials would be desirable. Further studies could be aimed at increasing the number of different test configurations and increasing the number of tests for each test configuration for an optimized statistic validation. Because the validation of the FE model showed that the local effects can be described correctly, the FE model could be used to analyze wall elements with both an asymmetric anchorage and openings with regard to critical parts of the wall elements. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Vogt, Tobias | |
| dcterms.dateAccepted | 2014-11-28 | |
| dcterms.extent | xiv, 226 Seiten | |
| dcterms.source.series | Schriftenreihe Bauwerkserhaltung und Holzbau | ger |
| dcterms.source.volume | Heft 6 | |
| kup.binding | Softcover | |
| kup.institution | FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen | |
| kup.iskup | true | |
| kup.series | Schriftenreihe Bauwerkserhaltung und Holzbau | |
| kup.size | DIN A4 | |
| kup.subject | Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin | |
| kup.typ | Dissertation | |
| ubks.nodoigen | true |