Die Auswirkung wechselnder Klimabeanspruchungen auf Formänderungsverhalten und Tragfähigkeit genagelter Holzspanplatten-Vollholz-Verbindungen

Die Auswirkung wechselnder Klimabeanspruchungen auf Formänderungsverhalten und Tragfähigkeit genagelter Holzspanplatten-Vollholz-Verbindungen

von

Jürgen Ehlbeck, Peter Beyendorfer und Günter Steck

Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine Abt. Ingenieurholzbau

Universität Fridericiana Karlsruhe Univ. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Ehlbeck

1988

genagelter Holzspanplatten-Vollholz-Verbindungen

von

Jürgen Ehlbeck, Peter Beyendorfer und Günter Steck

ENTV/!CK'H^^^QGIIM^MSCHAFT

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SchwanthJ:.st^/i).U-8003 fed»l Telefon 0 39/ 5 30 91 90

Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine Abt. Ingenieurholzbau

Universität Fridericiana Karlsruhe Univ. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Ehlbeck

1988

V O R W O R T

Nagelverbindungen von Holzspanplatten m i t V o l l h o l z werden o f t k l i m a - t i s c h e n Beanspruchungen ausgesetzt, d i e s i c h r e c h n e r i s c h bei Formände- rungsnachweisen schwer erfassen lassen. Es war das L a n g z e i t v e r h a l t e n u n t e r Last für solche Verbindungen unter natürlich wechselndem Klima, aber auch u n t e r z e i t l i c h g e r a f f t e n , d e f i n i e r t e n Klimawechseln, zu untersuchen, um Aussagen über d i e Verformungszunahmen unter d e r a r t i g e n Einwirkungen und über den Einfluß auf d i e Tragfähigkeit machen zu können.

Diese Forschungsarbeit entstand im Auftrage der Entwicklungsgemeinschaft Holzbau i n der Deutschen G e s e l l s c h a f t für Holzforschung m i t f i n a n z i e l l e r Unterstützung durch das I n s t i t u t für Bautechnik, B e r l i n (Zeichen

IV/1-5-309/81). Die Firma AGEPAN H o l z w e r k s t o f f e KG, 6601 Heusweiler ( S a a r ) , s t e l l t e für d i e Versuche i n dankenswerter Weise Holzspanplatten der Verleimungsart V 100 kostenlos zur Verfügung.

Die Versuche wurden von den Herren Dr.-Ing. G. Steck und D i p l . - I n g . ( F H ) P. Beyersdorfer g e p l a n t , überwacht und ausgewertet. Bei der Versuchs- durchführung haben d i e Herren G. Rüd, G. Köhler und H. Heck m i t g e w i r k t . A l l e n B e t e i l i g t e n w i r d auch an d i e s e r S t e l l e gedankt.

Jürgen Ehlbeck

1 Z i e l des Forschungsvorhabens 1

2 L i t e r a t u r d u r c h s i c h t 2

3 H e r s t e l l u n g der Druckscherkörper 4

3.1 Spanplatte 5 3.2 V o l l h o l z 5 3.3 Verbindungsmittel 6

3.4 Versuchskörper 6 4 Durchführung der Kurz- und Langzeitversuche 7

4.1 Versuchsserien Kl und LI 11 4.2 Versuchsserien K2 und L2 11 4.3 Versuchsserien K3 und L3 12

5 D a r s t e l l u n g und Erläuterung der Versuchsergebnisse 13 5.1 Verformungsverhalten bei den Kurzzeitversuchen 13

der Serien K und L

5.1.1 Serie Kl u n t e r Normalklima 20/65 13 5.1.2 Serie K2 u n t e r natürlichem Außenklima unter Dach 15

5.1.3 Serie K3 u n t e r Wechselklima 15 5.1.4 Serie L3 u n t e r Normalklima 20/65 15 5.1.5 Serie L2 u n t e r natürlichem Außenklima unter Dach 17

5.1.6 Serie L3 u n t e r Wechselklima 17 5.2 Verformungsverhalten bei den Langzeitversuchen 18

der Serien LI b i s L3

5.2.1 Serie LI u n t e r Normalklima 20/65 18 5.2.2 Serie L2 u n t e r natürlichem Außenklima unter Dach 20

5.2.3 Serie L3 u n t e r Wechselklima 20

- 2 -

5.3 Tragverhalten bei den Kurzzeitversuchen der 25 Serien K und L

5.3.1 Serien Kl und LI unter Normal klima 20/65 25 5.3.2 Serien K2 und L2 unter natürlichem Außenklima 25

u n t e r Dach

5.3.3 Serien K3 und L3 u n t e r Wechselklima 26

5.4 Zusammenfassende D a r s t e l l u n g 27

6 Schlußfolgerungen 33 6.1 Tragfähigkeit, Verschiebungen und 33

Verschiebungsmoduln unter K u r z z e i t b e l a s t u n g nach Feuchteänderungen

6.2 Verformungen unter Feuchteänderungen 35 bei zulässiger Langzeitbelastung

7 S c h r i f t t u m 41

1 Ziel des Forschungsvorhabens

Genagelte Spanplatten-Vollholz-Verbindungen werden heute überwiegend i n Wand-, Dach- und Deckenelementen eingesetzt, i n denen die Verbin- dungen infolge äußerer Lasteinwirkung i n Plattenebene auf Abscheren und zum Teil r e c h t w i n k l i g dazu auf Herausziehen beansprucht werden.

Die Nagelverbindungen der Außenbauteile sind zusätzlich wechselnden Klimabedingungen ausgesetzt, die Schwind- und Quel1 Verformungen ver- ursachen können. Das Ausmaß der Feuchteänderungen im Bauteil wird im wesentlichen von seinem bauphysikalischen Aufbau, der Feuchte des Holzes und der Holzwerkstoffe zum Zeitpunkt der Verarbeitung sowie von ihrem Sorptionsverhalten im eingebauten Zustand beeinflußt. Da sich d i e Auswirkungen von Feuchteänderungen auf die Verbindungen i n tragenden Bauteilen rechnerisch nicht erfassen lassen, s o l l t e durch Versuche geklärt werden, welchen Einfluß extreme Feuchteänderungen auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spanplatten-Vollholz-Ver- bindungen haben können.

Hierzu wurden Druckscherkörper im Kurz- und Langzeitverhalten mit dem Z i e l untersucht, das Verhalten der Nagelverbindungen unter natürlichen Klimaverhältnissen durch z e i t g e r a f f t e Versuche i n definiertem Wechsel- klima zu simulieren.

- 2 -

2 L i t e r a t u r d u r c h s i c h t

Kolb/Radovic (1973) haben das K u r z z e i t v e r h a l t e n von e i n s c h n i t t i g e n Spanplatten-Fichtenvollholz-Verbindungen m i t g l a t t s c h a f t i g e n Nägeln 20 x 40, 25 x 60 und 28 x 65 u n t e r s u c h t . Die Holzfeuchten der Zug- und Druckscherkörper lagen bei i h r e r H e r s t e l l u n g zwischen 12 und 15 %. Je e i n D r i t t e l der Scherkörper wurde s o f o r t , nach 24 h Wasserlagerung

sowie nach 24 h Wasserlagerung und anschließender Trocknung auf etwa 6 % Holzfeuchte geprüft. Selbst bei der extremen Austrocknung der Prüfkörper b l i e b e n d i e Verschiebungen s t e t s u n t e r 1 mm. Während eine Beeinflussung der Höchstlasten der Druckscherkörper s e l b s t durch den extremen Feuchtewechsel n i c h t nachweisbar war, wurde bei den Zug- scherkörpern dadurch e i n d e u t l i c h e r A b f a l l beobachtet. Hierfür war v e r m u t l i c h der m i t zunehmender Austrocknung s t a r k abnehmende Auszieh- w i d e r s t a n d der g l a t t s c h a f t i g e n Nägel v e r a n t w o r t l i c h . Im übrigen ver- sagten e i n i g e Zugscherkörper i n f o l g e Überschreitens der Z u g f e s t i g k e i t der Spanplattenlaschen (d = 10/16/22 mm). Möhler (1982) hat neben eigenen Versuchen d i e Ergebnisse der unter n o r m a l k l i m a t i s i e r t e n Bedin- gungen h e r g e s t e l l t e n und geprüften Versuchskörper von Kolb/Radovic

(1973) ausgewertet und nachgewiesen, daß s i c h d i e zulässige Belastung eines e i n s c h n i t t i g beanspruchten Nagels e i n e r S p a n p l a t t e n - V o l l h o l z -

a l s Nageldurchmesser i n mm rechnerisch h i n r e i c h e n d genau erfassen läßt, wenn d i e M i n d e s t p l a t t e n d i c k e min a = 4,5 d^p beträgt. Dieser Bemessungsvorschlag wurde b e r e i t s i n d i e Neufassung der DIN 1052, T e i l 2 übernommen.

Das L a n g z e i t v e r h a l t e n von Nagelverbindungen hat Möhler (1966) im V e r g l e i c h zur s t a t i s c h e n Kurzzeitbeanspruchung an zwei s c h n i t t i g e n V o l l h o l z - V o l l h o l z - V e r b i n d u n g e n aus F i c h t e m i t g l a t t s c h a f t i g e n Nägeln

(0 3,1/4,2/6 mm, vorgebohrt bzw. n i c h t vorgebohrt) u n t e r wechselnden Klimaverhältnissen u n t e r s u c h t . Bei H e r s t e l l u n g der Druckscherkörper lagen d i e Holzfeuchten zwischen 15 und > 30 % und bei Versuchsende etwa bei 10 b i s 16 %. Die Hälfte der Prüfkörper wurde nach 24 h bzw.

Verbindung nach der Zahlenwertgleichung z u l N • 500 dp? , i n N m i t d n

nach 6 b i s 9 Monaten Lagerung einem s t a t i s c h e n K u r z z e i t v e r s u c h u n t e r - zogen. Die andere Hälfte wurde vor einer L a n g z e i t b e l a s t u n g von 200 Tagen unter Messung der bleibenden Verschiebungen k u r z z e i t i g (20 min) m i t der später vorgesehenen Langzeitbelastung i n Höhe der 1,0- bzw.

1,5-fachen r e c h n e r i s c h zulässigen Belastung beansprucht.

Eine Austrocknung der u n b e l a s t e t gelagerten Verbindungen erhöhte d i e Verschiebungen gegenüber den s o f o r t geprüften Körpern um das b i s zu d r e i f a c h e , jedoch wurden Verschiebungen über 1 mm n i e e r r e i c h t . Ver- minderte Bruchlasten nach der Austrocknung wurden bei keinem K u r z z e i t - versuch f e s t g e s t e l l t .

Die höchsten Kriechverformungen e r l i t t e n d i e f e u c h t genagelten Ver- bindungen (u > 30 % ) u n t e r konstanter zulässiger Belastung bei g l e i c h - z e i t i g e r Austrocknung. Nach N o r m a l k l i m a t i s i e r u n g auf u » 12 % i n n e r - halb von 20 b i s 60 Tagen ( j e nach Anfangsfeuchte) wurden Verschie- bungen von 0,8 b i s 2,2 mm (vorgebohrt) bzw. von 1,6 b i s 3 mm ( n i c h t vorgebohrt) beobachtet, d i e bei konstantem K l i m a v e r l a u f b i s Versuchs- ende nach 200 Tagen nur noch geringfügig w e i t e r zunahmen. M i t einer Ausnahme lagen a l l e Verschiebungen schließlich über 1,5 mm. Die Trag- fähigkeit der Nagelverbindungen ergab aber keine Unterschiede zwischen den 1 a n g z e i t b e l a s t e t e n und den nur u n b e l a s t e t g e l a g e r t e n Scherkörpern.

Wie s i c h Feuchteänderungen auf das Trag- und Verformungsverhalten von Spanplatten-Vollholz-Verbindungen unter Kurz- und L a n g z e i t b e l a s t u n g auswirken, s o l l t e n d i e nachfolgend beschriebenen Hauptversuche klären.

- 4 -

3 H e r s t e l l u n g der Druckscherkörper

Für a l l e Serien wurde e i n e i n h e i t l i c h e r Druckscherkörper verwendet, dessen Form und Abmessungen i n B i l d 1 d a r g e s t e l l t s i n d . Auf d i e Ver- wendung von Zugscherkörpern wurde wegen der geringen Z u g f e s t i g k e i t der S p a n p l a t t e n , d i e bei den Versuchen von Kolb/Radovic (1973) häufig Zug- brüche aufwiesen, sowie wegen des zu großen P l a t z b e d a r f e s e i n e r Zugbe- l a s t u n g s v o r r i c h t u n g i n der Klimakammer v e r z i c h t e t .

Um eine möglichst s c h n e l l e Angleichung der Scherkörper an d i e wech- selnden F e u c h t i g k e i t s v e r h ä l t n i s s e zu e r z i e l e n , wurde bei dem im Ver- h ä l t n i s zur Prüfkörpergröße hohen Q u e r s c h n i t t s f l ä c h e n a n t e i l k e i n f e u c h t i g k e i t s a b w e i s e n d e r Schutzanstrich vorgesehen.

40 7 8

Fichtenholl

Holzspanplatte V100 DIN 68763

M e ß s t i f t e

Ol —

+

15 15 - 45

15

Mafte in mm Verbmdungsmittel a) runde Drahtnägel 2 5 x 5 5

b) Rillennaget 2 5 x 5 5 M e ß s t i f t e : Silberstahldraht # 3 m m

B i l d 1: Genagelter Druckscherkörper

3.1 S_panp_l a t t e

Die Seitenhölzer für d i e etwa 400 Prüfkörper wurden aus fünf Flach- preßplatten L/B = 2040/910 mm der Verleimungsart V 100 nach DIN 68 763 m i t e i n e r Nenndicke von 19 mm entnommen, numeriert und im Normalklima 20/65-1 DIN 50 014 g e l a g e r t . An 10 Proben j e P l a t t e wurden d i e Feuchte und Dicke sowie Rohdichte und Dickenquel1ung nach DIN 52 361 und

52 364 bestimmt. Die Ergebnisse sind i n T a b e l l e 1 zusammengestellt.

3.2 Von holz

Die Mittelhölzer der Prüfkörper wurden aus fünf Bohlen (Länge 4,50 m, Dicke 60 mm, Holzfeuchte u » 21 % ) e i n e r Blocklänge eines F i c h t e n - stammes h e r a u s g e s c h n i t t e n .

Die Holzeigenschaften wurden an 24 gleichmäßig über d i e B o h l e n b r e i t e n v e r t e i l t e n Proben nach den einschlägigen Prüfnormen e r m i t t e l t und i n T a b e l l e 1 zusammengestellt. Die Mittelhölzer wurden nach Rohdichte und nach Lage der J a h r r i n g e i n den Stirnflächen s o r t i e r t und im natürli- chen Außenklima u n t e r Dach g e l a g e r t .

T a b e l l e 1: M i t t l e r e W e r k s t o f f e i g e n s c h a f t e n d e r S p a n p l a t t e n V 100 und des F i c h t e n h o l z e s

P l a t t e n Nr.

Proben- anzahl

P l a t t e n f e u c h t e bei L i e f e r u n g

X

P l a t t e n f e u c h t e n nach Normal - k l I m a t l s l e r u n g ( K l i m a 20/65)

X

Proben- d i c k e

im

R o h d i c h t e

»N g/cm'

D l c k e n - q u e l l u n g

X

1 10 10,3 10,6 19.0 0.72

(1.7)

5,9 ( 1 1 . 2 )

2 10 10,3 10.6 19,1 0.71

(2.3)

6.1 ( 1 5 . 8 )

3 10 10,4 10.7 19.1 0.71

(2.3)

6,1 ( 2 0 . 8 )

4 10 10,3 10.8 19.1 0.72

(3.6)

6,2 ( 2 5 , 8 )

5 10 10,2 10.8 19.1 0.71

(4,5)

6.1 (28.5)

B o h l e n - Nr.

Proben- anzahl

H o l z f e u c h t e bei PrUfkörper- h e r s t e l l u n g

t

H o l z f e u c h t e nach Normal - kl1mat1s1erung

(Klima 20/65) X

J a h r r i n g - b r e i t e

mm

Rohdichte

g/cra*

D r u c k f e s t i g k e i t In F a s e r r i c h t u n g

N/mm'

1 - 5 24 21.0 13,3 1.7

( 3 6 . 0 )

0.45 (4.5)

42.5 (7.3)

w e r t e 1n Klammern geben den V a r 1 a t 1 o n s k o e f f 1 z 1 e n t e n e i n e r E i g e n s c h a f t an.

- 6 -

3.3 Verbindungsmitte]_

Es wurden a l s Nagel t y p A v e r z i n k t e runde Drahtnägel 25 x 55 nach DIN 1151 und a l s Nageltyp B korrosionsgeschützte Rillennägel 25 x 55 nach der allgemeinen b a u a u f s i c h t l i c h e n Zulassung Nr. 9.1-17 - Paslode- Rillennägel a l s Holzverbindungsmittel - verwendet.

3.4 Prü fj<örper

Die Druckscherkörper wurden e r s t u n m i t t e l b a r vor dem Ansetzen j e d e r einzelnen Versuchsserie h e r g e s t e l l t . Die Seitenhölzer aus Spanplatte h a t t e n immer einen Feuchtegehalt von etwa 10 %, während d i e M i t t e l - hölzer eine dem Außenklima zum j e w e i l i g e n Z e i t p u n k t der Nagelung e n t - sprechende Ausgleichsfeuchte aufwiesen. Bei 3/5 der Prüfkörper j e d e r Serie v e r l i e f der Nagelschaft senkrecht zu den J a h r r i n g e n , bei 1/5 t a n g e n t i a l und bei 1/5 etwa unter 45° zu den J a h r r i n g e n .

In jedem vorgesehenen Klima e i n e r Serie wurden j e d r e i S e i t e n - und Mittelhölzer a l s Vergleichsproben g e l a g e r t und d i e Änderungen des j e w e i l i g e n Feuchtegehaltes durch laufende G e w i c h t s k o n t r o l l e n bestimmt.

4 Durchführung der Kurz- und Langzeitversuche

Das Trag- und Verformungsverhalten der Verbindungen wurde i n Kurz- und Langzeitversuchen ( S e r i e K und L) unter d r e i verschiedenen k l i m a t i - schen Bedingungen u n t e r s u c h t :

1 Normalklima 20/65 ( S e r i e Kl und L I ) 2 Natürliches Außenklima u n t e r Dach ( S e r i e K2 und L2) 3 Wechselklima 20/95 - 40/20 bzw.

20/85 - 40/40 ( S e r i e K3 und L3)

B i l d 2 g i b t einen Überblick über den Aufbau der Scherkörper und d i e Einwirkung auf d i e Scherkörper.

Seitenhölzer (Holzspanplatte V 100) Herstell feuchte uN Ä 105

Ii a.

L O

Mittelhölzer (Fichte)

Versuche unter Normal- und Außenklima:

Herstell feuchte uH * 215 E <D

M <J ₃

Q

Versuche unter Wechsel klima:

Herstell feuchte u^H ' Ausgleichsfeuchte u^gj bei Lagerung im natürlichen Außenklt«a unter Dach 8

3

2

Nagel

ftünde Orahtnägel 25 x 55 DIN 1151 (A) Rlllenna'gel 25 x 55 (B) Nagelung der Druckscherkörper

unmittelbar vor Versuchsbeginn

S.Ol u c CT) IA ³

W i-

* _ e 5

Infolge Lagerung der Scherkörper im 1 Normalklima

2 naturlichen Außenklima unter Dach 3a Wechsel kl I m 20/95-40/20

7 Zyklen; 2 Tage Je Zyklus 3b,cd Wechselkllma 20/85-40/40

5, 10, 9 Zyklen; 4, 2. 4 Tage j e Zyklus

9 3 S 4-> Ol

¡5 S oj o 5 £

Ol -

N U

E s

M 3

Prüfzelt maximal 12 min nach unbelasteter Lagerung Uber - 0, 1, 2, 3, 6, 9, 12 Monate i n Klima 1 - 1, 2, 3, 4 bis 12 Monate i n Klima 2 - 4 bis 36 Tage i n Klima 3 k o n t i n u i e r l i c h steigende Belastung bis max F bzw. F,c (bei v • 15 mm) Jeweils bis zu 5 Scherkörper j e Nagel typ kontinuierliche Messung der Verschiebungen m i t t e l s induktiver Wegaufnehmer

Ol o>

i *

Ol Ol

Ober 12 Monate i n Klima 1 und 2 Uber 14, 20, 36 Tage 1n Klima 3a bis d konstante Belastung mit zul F • 2000 N von 5 bzw. 10 Scherkörpern

j e Nagel typ und Klimaberelch

regelmäßige Messung der Verschiebungen m i t t e l s 1/100 Meßuhr o>

c nach Entlastung und Kriecherholung

kontinuierliche Belastung bis max F bzw. F^ (bei v • 15 mm)

Bild 2: Aufbau der Scherkörper und Einwirkung auf die Scherkörper

- 8 -

Zeitraum, Dauer und Anzahl der Versuche, Klimaverhältnisse, Holz- f e u c h t e n und Z e i t p u n k t der Kurzzeitprüfung bzw. der Ablesung der abso- l u t e n Kriechverschiebungen sind für d i e Serien K l , K2 bzw. L I , L2 i n Tabelle 2 (Anlage 1) und für d i e Serien K3 und L3 i n Tabelle 3 (Anlage 2) i n Übersichten zusammengestellt.

Die s t a t i s c h e n Kurzzeitprüfungen e r f o l g t e n i n t e i l w e i s e r Anlehnung an ISO 6891 "Timber S t r u c t u r e s - J o i n t s made w i t h mechanical f a s t e n e r s "

vom 01.05.1983. Nach DIN 1052 bzw. allgemeiner b a u a u f s i c h t l i c h e r Zulassung Nr. Z 9.1-17 beträgt d i e zulässige Belastung der Prüfkörper ohne Berücksichtigung von Abminderungen i n f o l g e k l i m a t i s c h e r Einflüsse z u l F = 8 x 250 = 2000 N für runde Drahtnägel bzw. Rillennägel.

Zur B e u r t e i l u n g des Verformungsverhaltens der Nagelverbindungen wurde bei jedem s t a t i s c h e n Versuch e i n Kraft-Verschiebungsdiagramm b i s zu e i n e r Last von 6 kN und e i n e r Verschiebung von 4 mm m i t H i l f e eines Zweikomponentenschreibers aufgezeichnet.

Die Messung der Verschiebungen e r f o l g t e m i t t e l s zweier i n d u k t i v e r Wegaufnehmer W 20. Jeder Prüfkörper wurde bei e i n e r Verformungsge-

s c h w i n d i g k e i t von 1 mm/min k o n t i n u i e r l i c h b i s z u l F = 2000 N b e l a s t e t . Diese Last wurde 30 sec konstant gehalten, b i s zu e i n e r V o r l a s t von 500 N e n t l a s t e t und nach 30 sec Wartezeit k o n t i n u i e r l i c h b i s zum Er- r e i c h e n der B r u c h l a s t max F bzw. e i n e r Verschiebung von 15 mm (zuge- hörige Last = F-j5) wieder b e l a s t e t . Oberhalb von 2 x z u l F wurde d i e Verformungsgeschwindigkeit allmählich g e s t e i g e r t , um eine Versuchs- dauer von 12 min n i c h t zu überschreiten.

Für d i e Scherkörper unter Langzeitbelastung wurde eine V o r r i c h t u n g e n t w i c k e l t , i n der fünf übereinander angeordnete Druckscherkörper g l e i c h z e i t i g b e l a s t e t werden konnten ( B i l d 3 ) .

B i l d 3:

B e i a s t u n g s v o r r i c h t u n g für Langzeitversuche der Serien L I , L2, und L3

B i l d 4:

1/100 Meßuhr

i n Meßstellung ( D e t a i l )

- 10 -

Die Seitenansicht der Vorrichtung ist schematisch in Bild 5 d a r g e s t e l l t .

c

Z u g - _

»lange

*- I

c

Z u g - _

»lange

*- 1

c

Z u g - _

»lange

*-

— F • 2000 N Belaitungshebel

— Drucktch«rfcd>p*r

G • F —-—

la . bl

StaMplattf 80.45.4 c

Z u g - _

»lange

*-

••

— F • 2000 N Belaitungshebel

— Drucktch«rfcd>p*r

G • F —-—

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StaMplattf 80.45.4 c

Z u g - _

»lange

*-

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^ Rolltnführung gtgan ititllchtt Autwclchtn d«r Sehtrkörptr

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:::

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Otwlcht

Man« In mm

Bild 5: Seitenansicht einer Belastungsvorrichtung für die Langzeitversuche der Serien LI bis L3

Für d i e drei Klimabereiche ( L I , L 2 , L3) wurden drei gleiche V o r r i c h - tungen v e r w e n d e t , in denen die Körper in Serien zu 5 Stück ü b e r e i n - ander gestapelt konstant mit zul F = 2000 N belastet w u r d e n . Die g e - genseitigen Verschiebungen zwischen Seiten- und Mittelhölzern wurden an durchgehenden, versetzt angeordneten Meßstiften aus S i l b e r s t a h l - draht ( 0 3 mm) an beiden Seiten eines jeden Prüfkörpers mit einer 1/100-Meßuhr regelmäßig abgelesen.

Die Anordnung der Meßstifte ist aus Bild 1 sowie mit einseitig e i n g e - setzter Meßuhr im Detail aus Bild 4 e r s i c h t l i c h . Im Anschluß an die Langzeitbelastung wurden die Prüfkörper zur Ermittlung der Resttrag- fähigkeit noch einem statischen Kurzzeitversuch unterzogen.

4.1 Ve_rsuchssenen_Kl_ und LI_Uabe]_l£ 2_)

Die Prüfkörper der Serie Kl wurden nach der H e r s t e l l u n g i n einem Laborraum m i t konstantem Normalklima 20/65 unbelastet g e l a g e r t . Die s t a t i s c h e Prüfung von j e 5 Versuchskörpern der Nagel typen A und B e r f o l g t e u n m i t t e l b a r nach H e r s t e l l u n g (K10) sowie j e w e i l s nach 1 , 2, 3, 6, 9 und 12 Monaten ( K U - K12 - K13 - K16 - K19 - K112).

Die Verschiebungen bzw. Bruchlasten der K10-("Null"-)Versuche b i l d e t e n d i e Bezugswerte für a l l e nachfolgenden Kurzzeitversuche der Serien Kl b i s K3 bzw. für a l l e Bruchversuche m i t den Versuchskörpern der Serien LI b i s L3.

Je 10 Prüfkörper der Nagel Varianten A und B ( S e r i e L I ) wurden nach der H e r s t e l l u n g im konstanten Normalklima 20/65 über e i n Jahr konstant m i t z u l F = 2000 N b e l a s t e t . Die Kriechverformungen wurden wöchentlich ge- messen und auf d i e E i n z e l w e r t e der Anfangsverschiebungen bezogen, d i e etwa 2 min nach der E r s t b e l a s t u n g abgelesen worden waren.

4.2 Ve_rsuch_sseHen_K2 und L_2_(Tabe]_le 2)

Nach der H e r s t e l l u n g wurden d i e Prüfkörper der Serie K2 i n einem über- dachten, z w e i s e i t i g o f f e n e n Schuppen u n b e l a s t e t g e l a g e r t . Das Außen- k l i m a wurde wie das Normalklima 20/65 k o n t i n u i e r l i c h m i t einem Thermo- Hygrographen aufgezeichnet. Die j e w e i l i g e n Tagesmittelwerte von Tempe- r a t u r und r e l a t i v e r L u f t f e u c h t i g k e i t sind i n B i l d 6 und 7 (Anlage 3 und 4) graphisch aufgetragen.

Im Rhythmus von einem Monat wurden e i n Jahr lang j e 5 Prüfkörper b e i d e r Nagel Varianten geprüft (K21 - K22 - K212).

Die Langzeitversuche der Serie L2 wurden am selben Tag u n t e r g l e i c h e n Bedingungen wie Serie LI angesetzt, jedoch einem natürlichen Außen- klima entsprechend Serie K2 ausgesetzt. Die Messung der Verschiebungen e r f o l g t e zweimal wöchentlich.

- 12 -

4.3 Ver_such_sj>eHen_K3 und_ L_3_Uabe]_le 3)

Die Prüfkörper der Serien K3 bzw. L3 wurden u n b e l a s t e t bzw. unter k o n s t a n t e r Dauerlast von 2000 N z y k l i s c h e n Klimawechseln ausgesetzt.

Nach den o r i e n t i e r e n d e n Versuchsreihen K3a und L3a wurde das Wechsel- k l i m a für d i e folgenden Serien auf das besser r e g e l b a r e , gemäßigtere Feuchteklima 20/85 und das Trockenklima 40/40 f e s t g e l e g t .

Über d i e Zeitdauer eines Zyklus, der s i c h aus e i n e r Feuchte- und Trockenzyklushälfte zusammensetzte, konnte das Erreichen der Aus- g l e i c h s f e u c h t e der Prüfkörper g e s t e u e r t werden. Da jedoch auch d i e im gemäßigteren Wechselklima 20/85 - 40/40 mögliche Feuchteänderung

ÄUpj ± 1 1 % im F i c h t e n h o l z für eine Nagelverbindung eine immer noch u n r e a l i s t i s c h hohe Beanspruchung d a r s t e l l e n würde, wurde d i e Zeitdauer e i n e s Zyklus nur zwischen 2 und 4 Tagen v a r i i e r t . Damit wurde e i n Aup von maximal ± 6 % e r r e i c h t .

Die Holzfeuchte der Prüfkörper bei Versuchsbeginn entsprach der Aus- g l e i c h s f e u c h t e für das Umgebungsklima, dem d i e Prüfkörperteile zum j e w e i l i g e n Z e i t p u n k t i h r e r H e r s t e l l u n g ausgesetzt waren.

Die Kriechverformungen bei den Serien LI b i s L3 wurden nach jedem

Klimawechsel gemessen und auf d i e entsprechenden Anfangsverschiebungen bezogen, d i e aus versuchstechnischen Gründen etwa 2 min nach der Last- aufbringung abgelesen worden waren.

Die Prüfkörper der Serie K3c wurden nach 2, 4, 6, 8 und 10 Zyklen s t a t i s c h geprüft, während d i e übrigen Scherkörper nur nach Beendigung der einzelnen Serien e i n e r Kurzzeitprüfung unterzogen wurden

( T a b e l l e 3 ) .

5 D a r s t e l l u n g und Erläuterung der Versuchsergebnisse

Für d i e Druckscherkörper m i t den Nageltypen A bzw. B - im folgenden kurz "A" bzw. "B" bezeichnet - wurden d i e absoluten und r e l a t i v e n Ver- schiebungen sowie d i e Bruchlasten e r m i t t e l t .

5.1 VerformuIigsverh_aTten_b ei den[JCurzzei^ve_rs_uc_hen der Serien K und L

5.1.1 Serie Kl unter Normalklima 20/65 ( T a b e l l e 4 (Anlage 5) und B i l d 8)

Eine Austrocknung der unbelastet gelagerten Nagelverbindungen führte i n f o l g e Schwindens zu e i n e r V e r b r e i t e r u n g der Verbindungsfugen, deren Einfluß auf d i e Verschiebungszunahme gegenüber den v e r g l e i c h b a r e n Werten der "Nu 11 versuche" ( S e r i e K10) m i t f o r t s c h r e i t e n d e r Belastung und V e r f e s t i g u n g des Nagelbetts nachließ. Unter 2 x z u l F t r a t e n bei

"A" und "B" nur noch etwa d i e halben r e l a t i v e n Verschiebungen M Au)

—j-^ r — r der Werte unter z u l F auf.

v^K( A u=o;t=o)

Die gemessenen m i t t l e r e n Verschiebungen sind i n Tabelle 4 (Anlage 5) zusammengestellt und zeigen, daß sowohl unter z u l F a l s auch 2 x z u l F d i e Werte für "B" größer sind a l s für "A". Die Streuungen der Ver- schiebungswerte bei "B" sind jedoch unter z u l F etwas g e r i n g e r und u n t e r 2 x z u l F w e s e n t l i c h g e r i n g e r a l s bei "A".

Die auf d i e Werte der "Nul1 versuche" bezogenen Verschiebungen sind i n B i l d 8 d a r g e s t e l l t und weisen nach 28 Tagen einen 1,5- bzw. 2,1-fachen A n s t i e g der Anfangsverschiebungen v ( Au = 0, t = o) von "B" bzw. "A"

K.

u n t e r z u l F auf. Bedingt durch e i n e unregelmäßige Klimaführung stiegen d i e Verschiebungen m i t zunehmender Austrocknung nach 364 Tagen auf i h r e n 2,7- bzw. 3,5-fachen Ausgangswert von "B" bzw. "A" an. Unter 2 x z u l F e r r e i c h t e n d i e Verschiebungen v^u ( Au, t = 364) nur den 1,1- bzw. 1,5-fachen Anfangswert v ( Au = 0, t = o) bei "B" bzw. "A".

N o r m a l k l i m a 2 0 / 6 5

r

\ V >

~~ •»<•

B i l d 8: V e r l a u f der r e l a t i v e n Verformungen und des Feuchtegehaltes bei den Serien Kl und LI

5.1.2 Serie K2 u n t e r natürlichem Außenklima unter Dach ( T a b e l l e 5 (Anlage 6 ) , B i l d 9)

Die j a h r e s z e i t l i c h bedingten Klimaveränderungen h a t t e n zu Beginn und am Ende der Versuchsserie hohe Holzfeuchten und entsprechend n i e d r i g e Verschiebungen unter z u l F i n f o l g e quel1ungsbedingter Reibung i n den Scherfugen zur Folge. Die starke Austrocknung der Verbindungen i n den Sommermonaten verursachte im August e i n Verschiebungsmaximum i n Höhe des 2,5- bzw. 3,1-fachen Ausgangswertes v^K ( Au = 0, t = o) von "B"

bzw. "A" (siehe B i l d 9 ) . Bei den v e r g l e i c h b a r e n Ergebnissen unter 2 x zul F i s t i n f o l g e zunehmender Verdichtung des Nagelbettes kaum noch e i n e trocknungsbedingte Verschiebungserhöhung zu erkennen (Tabelle 5 ) .

Wie bei Serie Kl ergeben s i c h auch bei S e r i e K2 für den Nagel t y p "B"

im M i t t e l größere Verschiebungen a l s für den Nageltyp "A". Die S t r e u - ungen der Verschiebungswerte unter zul F f a l l e n d e u t l i c h höher aus a l s bei der Serie K l . Unter der zweifachen zulässigen Belastung i s t d i e s nur für den Nageltyp "B" der F a l l .

5.1.3 Serie K3 u n t e r Wechselklima (Tabelle 6 und 7) (Anlage 7 und 8) Die be- und entfeuchtungsbedingten Verschiebungen lagen i n der Größen- ordnung der Ergebnisse der Serien Kl und K2 und e r r e i c h t e n j e nach Austrocknungsgrad d i e 2,4- b i s 3,2- bzw. 2,6- b i s 3,6-fachen Anfangs- werte v^K ( Au = 0, t = o) bei "B" bzw. "A".

5.1.4 S e r i e LI u n t e r Normalklima 20/65 ( T a b e l l e 4)

Der s t a t i s c h e K u r z z e i t v e r s u c h , der bei den Serien LI und L2 nach zwölfmonatiger Belastung und anschließender eintägiger E n t l a s t u n g durchgeführt wurde, ergab bei den Versuchskörpern der S e r i e LI d i e g l e i c h e n m i t t l e r e n Verschiebungen unter z u l F wie d i e Versuchskörper

B i l d 9: V e r l a u f der r e l a t i v e n Verformungen und des Feuchtegehaltes bei den Serien K2 und L2

Kl 12 (siehe Tabelle 4 ) . Unter der zweifachen zulässigen Belastung s i n d d i e Verschiebungen bei der Serie LI erwartungsgemäß g e r i n g e r a l s bei der S e r i e K l . Die M i t t e l w e r t e unterscheiden s i c h bei "A" um ca. 23 % und bei "B" um ca. 15 % bezogen auf d i e Werte der Serie K l . Auch unter der zweifachen zulässigen Last überschritt k e i n Scherkörper d i e Ver- schiebung von 1,5 mm. Die Verschiebungen waren bei "A" im M i t t e l etwas g e r i n g e r a l s b e i "B" ( v *^A/ V^ßÄ 0,85).

5.1.5 S e r i e L2 unter natürlichem Außenklima unter Dach ( T a b e l l e 5)

Die Verschiebungswerte bei zulässiger Belastung lagen aufgrund von Quellungseinflüssen um den Faktor 2 unter den Werten der Serie LI und

"A" u n t e r s c h i e d s i c h von "B" f a s t n i c h t ( v . / v _ ~ 0,95). Damit wichen A D

d i e m i t t l e r e n Verschiebungen der Scherkörper L212 von denen der Scher- körper K212 p r a k t i s c h n i c h t ab (siehe T a b e l l e 5 ) . Unter der zweifachen zulässigen Belastung b l i e b e n d i e Tendenzen beim V e r g l e i c h m i t der S e r i e LI und beim V e r g l e i c h "A" m i t "B" e r h a l t e n . A l l e E i n z e l w e r t e der Verschiebungen b l i e b e n bei Belastung m i t 2 x z u l F u n t e r 1,0 mm.

5.1.6 S e r i e L3 u n t e r Wechselklima ( T a b e l l e 6 und 7)

Nach Abschluß des l e t z t e n Klimazyklus wurden d i e Versuchskörper e n t - l a s t e t und 1 Stunde später im s t a t i s c h e n K u r z z e i t v e r s u c h geprüft. Die m i t t l e r e n Verschiebungen der Serien L3a b i s L3d können den Tabellen 6

und 7 entnommen werden. Diese M i t t e l w e r t e l i e g e n bei zweifacher zuläs- s i g e r Belastung m i t e i n e r Ausnahme (L3b, Nagel t y p "B") u n t e r dem Wert von 1,5 mm. Bei z u l F w i r d i n keinem F a l l eine m i t t l e r e Verschiebung von ca. 0,5 mm überschritten.

- 18 -

5.2 Ve r f £rmunq sverha11 £ n _ b e i _de_n_La_n£zei tv£rsu£h£n der Serien LI b i s L3

5.2.1 S e r i e LI u n t e r Normalklima 20/65 ( T a b e l l e 4, B i l d 8 und 10) Die s t a r k e Trocknung der Verbindungen i n n e r h a l b der e r s t e n 7 Tage

u n t e r k o n s t a n t e r zulässiger Belastung (Feuchteänderung A U V H = " 7,5 %) führte zu einem s t e i l e n A n s t i e g des K r i e c h f a k t o r s V L! $U' . = 2,5

v. ( Au=o,t=o)

für "A" und "B". L

Während der Austrocknung der Scherkörper auf d i e A u s g l e i c h s f e u c h t e entsprechend dem Umgebungsklima 20/65 i s t d i e r e i n zeitabhängige V e r d i c h t u n g des N a g e l b e t t s vL( t ) von e i n e r feuchteänderungsabhängigen Verformung vL ( A u ( t ) ) ü b e r l a g e r t .

Zwischen etwa 30 und 50 Tagen ging das Kriechen von "A" bzw. "B" bei nahezu konstanten Klimaverhältnissen über i n einen nur noch z e i t a b - h ä n g i g e n , schwach ansteigenden V e r l a u f und e r r e i c h t e nach 182 Tagen K r i e c h f a k t o r e n V l

j

vL( Au=o,t=o)

In den sehr heißen Sommermonaten Juni und J u l i 1983 sowie zu Beginn d e r H e i z p e r i o d e M i t t e Oktober f i e l d i e r e l a t i v e L u f t f e u c h t e i n f o l g e überforderter Klimaregelung auf u n t e r 50 % ab. Eine w e i t e r e A u s t r o c k - nung der Verbindungen i n d i e s e n Zeiträumen b e w i r k t e einen r a p i d e n A n s t i e g der Kriechverformungen auf den z u l e t z t 6,4- bzw. 7,0-fachen Ausgangswert bei "A" bzw. "B".

Die a b s o l u t e n Endverschiebungen e r r e i c h t e n 0,8 bzw. 1,0 mm ( s i e h e B i l d 1 0 ) .

0,5

o.¹

N a g e M y p A

v ( t ) = v , • a ( 1 - e 'bt) n

^

¿1 ¹

S e r i e L 1 B

,

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¿1 ¹ " § t r i t L 1 A

0 . 1 6 . 0 . 5 ( 1 - « - 0 . 0 1 t , 0 . 3

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u

V

^ - vL( t ) =

1 1 • 1

0.U » 0 . 4 ( 1 - « - 0 0 1 1 , 0 . 2 3

13 12 1 0 1 1 4 . 2 . 14.1 1 1 . 4 9.5. 13 6 1 1 . 7 . 8 8 12 9 10 10 U . I I . 12 12.

0 7 2 8 6 3 9 1 119 1 4 7 1 8 2 2 1 0 2 3 8 2 7 3 3 0 1 3 3 6 3 6 4

i 1 1 » 1 1 1 1 1 1 1 ' 1

Z e i t t i n T a g e n

\

\

B i l d 10: Verlauf der absoluten Verformungen,der angepaßten Exponentialfunktionen und des Feuchtegehaltes bei der S e r i e LI

- 20 -

5.2.2 Serie L unter natürlichem Außenklima unter Dach (Tabelle 5, B i l d 9 und 11)

I n f o l g e Befeuchtung der Prüfkörper während der e r s t e n 122 Tage (Dezember 1982 b i s A p r i l 1983) stiegen d i e r e l a t i v e n Verschiebungen von "B" bzw. "A" u n t e r g l e i c h z e i t i g e r konstanter zulässiger Belastung etwa l i n e a r an, um unter wachsender Austrocknunq der Verbindungen

v. ( Au,t=122)

während der nächsten 108 Tage s t e i l von . , ^r — ^r = 2,9 bzw. 3,8 vi ( Au t=23ü) V Au=o,t=o)

auf

J44^T-T-

Unter allmählicher Wiederbefeuchtung während der l e t z t e n 133 Tage e r r e i c h t e der K r i e c h v e r l a u f beider Naqeltypen Anfang September

v i f Au,t=262)

s e i n Maximum m i t , . ^r — ^r • 7,6 bzw. 9,5 und nahm b i s M i t t e V|_( A u = o , t = o )^{V |} (^{A u} t=363)

Dezember 1983 geringfügig auf , , — • — - —^r = 7,3 bzw. 9,3 ab.

3 3 3 3 Au=o,t=o)

Die höchsten Absolutverschiebungen lagen bei 1,1 ("A") bzw. 1,4 mm ("B") (siehe B i l d 11) und entsprachen annähernd den v e r g l e i c h b a r e n Höchstwerten der Kurzzeitversuche (K2) u n t e r 2 x z u l F.

5.2.3 Serie L3 unter Wechselklimaeinfluß ( T a b e l l e 6 und 7.

B i l d 12 und 13)

Bei a l l e n z e i t g e r a f f t e n Wechselklimaversuchen i s t d i e absolute Verschiebungszunahme nach dem e r s t e n vollständigen Zyklus i n f o l g e V e r f e s t i g u n g des Nagelbetts am größten.

Bei den folgenden Befeuchtungszyklushälften i s t gegenüber den Trocken- zyklushälften e i n konstanter bzw. nur l e i c h t steigender oder sogar rückläufiger Verschiebungsverlauf zu beobachten, der sich m i t zuneh- mender Versuchsdauer einem Endwert zu nähern s c h e i n t .

- 22 -

S t r i a L 3a ^u

( 2 0 / 9 5 - ^ 0 / 2 0 )

',2

1.0

0.8 E E

c 0.6

o. 0,4

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W e c h s e l k l i m a

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N a g e l t y p B N a g e l t y p A

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S e r i e L 3 b U ( 2 0 / 8 5 - ¿ 0 / 4 0 ) ¹²

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N a g e l t y p B

N a g e l t y p A

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VH S P 20 Tage

S e r i e L 3 c

( 2 0 / 8 5 - 4 0 / 4 0 ) 0.8

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2 3 4 5. 6 7 8 10

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N a g e l t y p B

N a g e l t y p A

V H SF m a n u e l l e r S c h a l t f e h l e r in d e r K l i m a r e g e l u n g 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2 0 T a g e

S e r i e L 3 d

( 2 0 / 8 5 - 4 0 / 4 0 ) 0.8 E E 0 6

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N a g e l t y p B

N a g e l t y p A

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9 Z y k l u s

V H S P

2C 24 28 3 2 36 Tage

Bild 12: Verlauf der absoluten Verformungen und des Feuchtegehaltes bei den Serien L3a bis L3d

S e r i t L3Q ( 2 0 / 9 5 - 4 0 / 2 0 )

9

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2 ^S- 5 o I 3 o

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0 2 4 6 8 10 Tage

S e r i e L 3 b ( 2 0 / 8 5 - 4 0 / 4 0 ) IS

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Nageltyp A

Nageltyp B

5 Zyklus

SP 20 Tage Serie L 3 c ⁷

( 2 0 / 8 5 - 4 0 / 4 0 ) s

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Serie L 3 d ( 2 0 / 8 5 - 4 0 / 4 0 )1 7

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Nageltyp 6 Nageltyp A

VH • manueller Schaltfehler SP in der Klimaregelung 20Tage

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2C 24 26 32 36 Tage

B i l d 13: Verlauf der r e l a t i v e n Verformungen und des Feuchtegehaltes bei den Serien L3a bis L3d

- 24 -

Ein nahezu gleichmäßiger F e u c h t i g k e i t s v e r l a u f , wie i n f o l g e e i n e r

f e h l e r h a f t e n Wechselklimaführung ab dem 5. Zyklus der Serie L3d, führt zu einem nur noch geringfügig ansteigenden K r i e c h v e r l a u f , der s i c h auch i n den Kriechkurven der Serie LI gezeigt h a t . Die Endverformungen werden überwiegend von der Höhe der i n den Scherkörpern e r z i e l t e n Feuchteänderungen Au ( t ) beeinflußt. Die absoluten Verschiebungen der Serien L3a b i s L3d e r r e i c h t e n nach dem 1 . Zyklus Werte zwischen 0,3 und 0,6 mm bei "A" bzw. 0,5 und 0,9 mm bei "B", d i e mindestens den halben Endverformungen entsprachen, d i e zwischen 0,6 und 1,3 mm bzw.

0,8 und 1,4 mm 1agen.

Während beim Verlauf der absoluten Verschiebungen "B" wie bei den Serien LI und L2 stärker k r i e c h t a l s "A", weicht das r e l a t i v e K r i e c h - v e r h a l t e n um so mehr von diesem " N o r m a l f a l l " ab, j e größer d i e D i f f e - renz der Anfangsverschiebungen zwischen "B" und "A" i s t .

Wegen s t a r k streuender Anfangsverschiebungen sind auch nur d i e absolu- t e n Endverformungen der Serien L2 und L3b miteinander zu v e r g l e i c h e n , während d i e entsprechenden K r i e c h f a k t o r e n der Serie L2 (9,3 und 7,3) am ehesten m i t den Werten "A" und "B" von L3a (10,4 und 8,4) überein- stimmen.

5.3 Trag^eHi^lt_er^ b e i den Kurjzz_eU^er_s^chen_ der Seri_ejn K und_ l

5.3.1 Serien Kl und LI und Normalklima 20/65

Die m i t t l e r e n Bruchlasten der u n b e l a s t e t g e l a g e r t e n Scherkörper "A"

e r r e i c h t e n das etwa 3,4 b i s 4-fache der zulässigen Belastung, während d i e Scherkörper "B" der Serie Kl m i t t l e r e Bruchlasten aufwiesen, d i e zwischen der 4,2-fachen ( b e i Versuchsbeginn) und der 5,1-fachen zu- lässigen Belastung lagen. Die Bruchversuche m i t den Versuchskörpern der S e r i e LI 12, d.h. Kurzzeitversuch nach zwölfmonatiger Belastung u n t e r z u l F und anschließender eintägiger E n t l a s t u n g , erbrachten nahezu d i e g l e i c h e n m i t t l e r e n Bruchlasten wie d i e unbelasteten Scher- körper der S e r i e K 112. Die Streuungen der Versuchswerte lagen bei "A"

bei a l l e n Serien höher a l s bei "B".

Die anfänglich s t a r k e Austrocknung des V o l l h o l z e s h a t t e bei "A" und

"B" zunächst eine T r a g k r a f t s t e i g e r u n g zur Folge, d i e dann für "A" bei w e i t e r e r Feuchteabnahme i n eine Bruchlastminderung überging, während für "B" der Trend zunehmender T r a g k r a f t bei abnehmender Holzfeuchte b i s zu einem u^{V H} = 11 % bestehen b l i e b . Die durch U n s t e t i g k e i t e n i n der Klimaregelung s i c h ergebenden Feuchten von u y^H - 8,5 % und u$p = 9 % scheinen für d i e Tragkraftabnahme bei "A" und auch bei "B" v e r a n t -

w o r t l i c h zu s e i n . Die m i t t l e r e n Bruchlasten sowie d i e V a r i a t i o n s k o e f - f i z i e n t e n der Serien Kl und LI s i n d i n T a b e l l e 4 (Anlage 5) zusammen- g e s t e l l t .

5.3.2 Serien K2 und L2 u n t e r natürlichem Außenklima unter Dach

Die m i t t l e r e n Bruchlasten der u n b e l a s t e t g e l a g e r t e n Scherkörper "A"

e r r e i c h t e n das etwa 3,6- b i s 4,4-fache der zulässigen Belastung,

während d i e Scherkörper "B" der Serie K2 d i e 4,3- b i s 5,1-fachen Werte der zulässigen Belastung aufwiesen. Die an den Versuchskörpern der

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Serie L212 f e s t g e s t e l l t e n m i t t l e r e n Bruchlasten weichen von den Ergeb- nissen der Serie K212 im F a l l e "A" minimal und im F a l l "B" auch nur um 7 % voneinander ab. Die Bruchlasten der Scherkörper "A" h a t t e n im Ver- l a u f eines Jahres von Dezember b i s wieder Dezember zunehmende Tendenz, während bei "B" ab dem 3. Monat der Versuchsdauer m i t e i n e r Ausnahme keine starken Änderungen der Bruchlasten zu verzeichnen waren. Die m i t t l e r e n Bruchlasten sowie d i e V a r i a t i o n s k o e f f i z i e n t e n der Serien K2 und L2 sind i n Tabelle 5 (Anlage 6) zusammengestellt.

5.3.3 Serien K3 und L3 u n t e r Wechselklima

Die Versuchskörper der Serien K3a/L3a und K3b/L3b z e i g t e n bezüglich der m i t t l e r e n Bruchlasten sehr ähnliches Verhalten. Die m i t t l e r e n Bruchlasten bei "A" betrugen nach den 14 bzw. 20 Tagen Wechselklima noch das 3 b i s 3,2-fache der zulässigen Belastung gegenüber dem 3,7-fachen Wert der "Nul1 versuche". Die m i t t l e r e n Bruchlasten der Versuchskörper "B" wurden durch d i e Klimawechsel der Serien 3a und 3b n i c h t beeinflußt und ergaben den 4,2- b i s 4,3-fachen Wert der zulässigen Belastung. Die während der Klimawechsel m i t z u l F b e l a s t e - t e n Versuchskörper e r r e i c h t e n im Kurzzeitversuch nach Abschluß der Wechselklimabelastung i n etwa d i e Werte der Serien K3a/b nach 14 bzw.

20 Tagen. Die i n der Serie K3c zusammengefaßten, den Klimawechseln ohne äußere Last ausgesetzten Scherkörper ergaben wegen der geringen Probenzahl zwar größere Unterschiede i n den m i t t l e r e n Bruchlasten

(2,8 x b i s 5,2 x z u l F ) , im M i t t e l aber b l i e b e n d i e Versuchskörper "B"

von den Klimawechseln unbeeinflußt während bei "A" e i n g e r i n g e r A b f a l l der m i t t l e r e n Bruchlasten i n f o l g e Klimabeanspruchung zu verzeichnen war. Die Ergebnisse der S e r i e L3c stützen diese Aussage. V e r g l e i c h t man d i e Ergebnisse der "Nul1 versuche" m i t denen der S e r i e L3d e r g i b t s i c h für "A" derselbe Trend wie i n den Serien K,L3a b i s K,L3c, während d i e m i t t l e r e B r u c h l a s t für "B" m i t 4,8 x z u l F am Ende des Klimawech- selversuches über dem Wert der "Nul1 versuche" m i t 4,2 x z u l F l i e g t .

Die m i t t l e r e n Bruchlasten für d i e Serien K3a/3c sowie L3a/3c sind i n T a b e l l e 6 (Anlage 7) und für d i e Serien K3b und L3b/3d i n Tabelle 7

(Anlage 8) zusammengestellt.

5.4 ^usamm£n£as_sende_Darste_l ]_un_g

Für d i e Spanplatten-Vollholz-Verbindungen m i t den Nageltypen A bzw. B - im folgenden kurz m i t "A" bzw. "B" bezeichnet - wurden d i e m i t t l e r e n absoluten und r e l a t i v e n Verschiebungen sowie Bruchlasten e r m i t t e l t .

Die Ergebnisse a l l e r Kurz- und Langzeitversuche sind u n t e r Angabe der j e w e i l i g e n Versuchsdauer i n Monaten bzw. Tagen und der entsprechenden Holzfeuchten der Prüfkörperteile i n den T a b e l l e n 4 b i s 7 (Anlagen 5 b i s 8) zahlenmäßig gegenübergestellt. Von den Verformungen der Lang- z e i t v e r s u c h e LI und L2 ( T a b e l l e 4 und 5) sind nur d i e j e w e i l i g e n Mo- natswerte angegeben, d i e zum Z e i t p u n k t der s t a t i s c h e n Kurzzeitversuche Kl und K2 abgelesen wurden. Die graphische D a r s t e l l u n g der absoluten und r e l a t i v e n Verschiebungen w i r d i n den B i l d e r n 8 b i s 13 durch d i e Angabe des F e u c h t i g k e i t s v e r l a u f s ergänzt.

Bei den s t a t i s c h e n Kurzzeitversuchen der Serien Kl b i s K3 haben d i e Nagelverbindungen K3a (Wechselklima 20/95 - 40/20) s e l b s t nach e x t r e - mer Austrocknung ( Au.^/U ~ - 13 %, A u^{C D} ~ - 5 % ) höchstens m i t t l e r e

VH or

Verschiebungen v ( Au) = 0,5 mm unter z u l F bzw. 1,8 mm unter 2 x K

z u l F bei "A" bzw. "B" e r r e i c h t . Unter den Langzeitversuchen der Serien LI b i s L3 wurden d i e höchsten Kriechverformungen i n der Serie L3a (Wechselklima 20/95 - 40/20) m i t v^L( A u ( t ) ) = 1,3 bzw. 1,4 mm bei

"A" bzw. "B" e r m i t t e l t ( T a b e l l e 6 ) . "B" z e i g t e gegenüber "A" über- wiegend etwas größere absolute Verschiebungen.

Eine Austrocknung der u n b e l a s t e t g e l a g e r t e n Nagelverbindungen (Kl b i s K3) führte i n f o l g e Schwindens zu e i n e r V e r b r e i t e r u n g der Verbindungs- fugen, deren Einfluß auf d i e Verschiebungszunahme gegenüber den v e r -

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g l e i c h b a r e n Werten der "Nul1 versuche" ( S e r i e K10) m i t f o r t s c h r e i t e n d e r Belastung und V e r f e s t i g u n g des Nagelbetts nachließ. Unter 2 x zul F t r a t e n bei "A" bzw. "B" nur noch etwa d i e halben r e l a t i v e n Verschie-

vi<( Au)

bungen — , — r ^x — ^r der Werte unter z u l F auf.

3 v^K( Au=o,t=o)

Trockneten d i e Prüfkörper dagegen unter zulässiger L a n g z e i t b e l a s t u n g (LI b i s L3) aus, erhöhten s i c h d i e Kriechverformungen v^ ( Au ( t ) ) auf d i e etwa 2- b i s 3-fachen Werte v ( Au) u n t e r zulässiger K u r z z e i t - belastung ( T a b e l l e 4 b i s 7 ) . K

Die absoluten Kriechverformungen v^L ( Au ( t ) ) eines Nagelbettes sind e r s t m i t Erreichen der A u s g l e i c h s f e u c h t e des j e w e i l i g e n Umgebungskli- mas beendet und gehen nur bei konstant bleibender Holzfeuchte ( b i s t = 182 Tage) i n einen r e i n zeitabhängigen K r i e c h v e r l a u f über, der sich asymptotisch einem Grenzwert nähert (Serie L I , B i l d 1 0 ) .

Die absoluten Kriechverformungen der S e r i e L2 s t e i g e n zunächst b i s zur V e r f e s t i g u n g des Nagelbetts auch bei Feuchtigkeitszunahme + Au ( t ) an, jedoch w e i t g e r i n g e r a l s bei der s t a r k e n Austrocknung bei Ver- suchsbeginn der S e r i e L I .

Jede w e i t e r e Verformungszunahme i s t von der Größe der F e u c h t i g k e i t s - abnahme - Au ( t ) abhängig, während eine Wiederbefeuchtung + Au ( t ) zu e i n e r möglichen Kriecherholung oder Kriechverzögerung führen kann. Die i n n e r e Q u e l l k r a f t zwischen den quer zur F a s e r r i c h t u n g v e r d i c h t e t e n H o l z f a s e r n im Nagelbett muß jedoch größer a l s d i e äußere Nagelbela- stung sein ( B i l d 1 1 ) .

Die Endverformungen der S e r i e L2 werden am besten durch d i e Ergebnisse der Wechselklimaversuche der Serie L3b angepaßt, w e i l diese vorwiegend durch d i e Höhe der Feuchteänderungen + Au ( t ) bezogen auf d i e Her- s t e l l f e u c h t e der Scherkörper beeinflußt werden ( B i l d 1 2 ) . Bei den Verformungen von "B" z e i g t e n s i c h überwiegend k l e i n e r e V a r i a t i o n s - k o e f f i z i e n t e n a l s bei solchen von "A". Bei den Langzeitversuchen der

Serien LI und L2 waren bei konstantem Verformungsverlauf auch kon- s t a n t e V a r i a t i o n s k o e f f i z i e n t e n zu beobachten, d i e s i c h m i t steigenden Kriechverschiebungen verminderten. Starke Unterschiede bei den S t r e u - ungen der Anfangs- (v, ( Au = 0, t = 0 ) ) und Kriechverschiebungen v. ( A u ( t ) ) w i r k t e n s i c h auf d i e V a r i a t i o n s k o e f f i z i e n t e n der K r i e c h -

,L 1 J V|_( A u ( t ) ) . . , ^{c +}. , ,.

f a k t o r e n — , —r ^ — r ( Z e i t i n Tagen) n e g a t i v aus. Stimmten d i e V a r i a t i o n s k o e f f i z i e n t e n von V|_ ( Au = 0, t = 0) und V|_ ( A u ( t ) ) gut überein ("B" der Serie L 2 ) , s t r e u t e n auch ^ — ^ - y - r - r n n u r n o c h

VI i A u = o, ^{L = 0} J

g e r i n g . Die stärksten Streuungsverminderungen ergaben s i c h nach dem e r s t e n Belastungsmonat ( L I , L2) bzw. Belastungszyklus (L3) und sind m i t einem Zurechtrücken der Nägel im Holz zu Beginn der Belastung

sowie m i t allmählicher Verdichtung des Nagelbetts unter zunehmender Austrocknung zu erklären.

v (+ A u ( t ) )

Der K r i e c h f a k t o r — „ ^z — ^r von "A" und "B" a l l e r Langzeitversuche

V[_( Au=o,t=o) ^a

LI b i s L3 w i r d entscheidend beeinflußt von den sehr s t a r k streuenden zeitunabhängigen ( e l a s t i s c h e n ) Anfangsverschiebungen v^ (Au = 0,t = 0) i n Verbindung m i t größerem Kriechen von "B" gegenüber "A". Die starken Streuungen der gemessenen Verschiebungen der Scherkörper u n t e r Kurz- und L a n g z e i t b e l a s t u n g sind vorwiegend auf d i e Unregelmäßigkeiten i n der S t r u k t u r des Nadelholzes zurückzuführen, d i e auch durch sorgfäl- t i g e Holzauswahl n i c h t auszuschalten s i n d .

Ein Einfluß der J a h r r i n g l a g e bezüglich der E i n s c h l a g r i c h t u n g der Nägel auf das Trag- und Verformungsverhalten sowie auf d i e S p a l t g e f a h r war bei den geringen Nageldurchmessern n i c h t f e s t z u s t e l l e n .

Die Seitenhölzer aus Spanplatte V 100 scheinen s i c h gegenüber solchen aus F i c h t e n h o l z auf das Verformungsverhalten günstig auszuwirken wegen der höheren Rohdichte sowie der geringeren Feuchteänderungen max A u^c+ 5% bei k o n s t a n t e r Anfangsfeuchte u ~ 10 %.

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Die Tragfähigkeit der unbelasteten wie auch w i e d e r b e l a s t e t e n Scher- körper "A" ( S e r i e K bzw. L) v e r r i n g e r t e s i c h nur nach extremer Aus- trocknung ( A u y^H > 1 0 % ) gegenüber den "Nul 1 versuchen" der Serie Kl0 auf maximal 3 x z u l F, während d i e Scherkörper "B" ansteigende Höchst- l a s t e n erkennen ließen (max F ^ 4 x zul F ) . Bei Befeuchtung bzw.

Wiederbefeuchtung e r r e i c h t e n "A" und "B" i n f o l g e erhöhter Reibung zwischen den Scherfugen im V e r g l e i c h zu Serie Kl0 ansteigende Bruch- l a s t e n . Die Bruchlasten wurden meist bei Verschiebungen u n t e r h a l b des Grenzwertes von 15 mm e r r e i c h t , der überwiegend für d i e Höchstlasten von "A" maßgebend wurde.

Die V a r i a t i o n s k o e f f i z i e n t e n der Bruchlasten lagen häufig unter 10 % und nur i n Ausnahmefällen über 15 %.

Die allgemein geringeren Streuungen der Höchstlasten von "B" gegenüber

"A" s i n d w a h r s c h e i n l i c h m i t der besseren Verankerung des R i l l e n n a g e l s im Nagelbett zu erklären. Die erhöhte Tragfähigkeit von "B" gegenüber S e r i e K l 0 läßt auch den Schluß zu, daß s i c h d i e w i e d e r h o l t e n Feuchte- änderungen Au n i c h t n a c h t e i l i g auf d i e maßgebenden Spanplatteneigen- s c h a f t e n der Seitenhölzer ausgewirkt haben. Die gute Wechselklimabe- ständigkeit der Seitenhölzer aus Spanplatte i s t v e r m u t l i c h auf d i e Verleimung V100 sowie d i e geringere H e r s t e l l f e u c h t e , d i e höhere Loch- l e i b u n g s f e s t i g k e i t und größere Sorptionsträgheit im V e r g l e i c h zum M i t t e l h o l z zurückzuführen.

In den B i l d e r n 14 b i s 28 (Anlagen 9 b i s 23) s i n d ausgewählte K r a f t - Verschiebungsdiagramme von "A" und "B" gegenübergestellt, d i e dem j e w e i l s d u r c h s c h n i t t l i c h e n Verformungsverhalten der Versuchskörper e i n e r Serie nahekommen.

A l l e u n b e l a s t e t gelagerten Prüfkörper (K-Serien) z e i g t e n bei i h r e r E r s t b e l a s t u n g m i t e i n e r Verformungsgeschwindigkeit von 1 mm/min v i s k o e l a s t i s e h e (verzögert e l a s t i s c h e ) Verschiebungen, d i e s i c h bei Wiederbelastung oberhalb z u l F zunehmend e l a s t o p l a s t i s c h v e r h i e l t e n . Nach e i n e r e r s t e n Verdichtung des Nagelbetts u n t e r z u l F v e r l i e f e n d i e Verschiebungskurven bei Wiederbelastung d e u t l i c h s t e i l e r und schwächer gekrümmt.

Die Scherkörper der Serien Kl und K3 haben m i t f o r t s c h r e i t e n d e r Aus- trocknung d i e höchsten Verschiebungszunahmen e r z i e l t , d i e s i c h ab etwa 2 x z u l F gegenüber den v e r g l e i c h b a r e n Werten der "Nu 11 versuche" K10 d e u t l i c h abgeschwächt haben ( B i l d 14, 15, 16, 22, 2 4 ) .

Eine Austrocknung der Nagelverbindungen erhöhte den Ausziehwiderstand der Rillennägel gegenüber den runden Drahtnägeln. Das Verhaken der g e r i l l t e n Nagelschäfte im Nagelbett s e t z t e a l l e r d i n g s e r s t oberhalb e i n e r Verschiebung von 1,5 mm e i n . Die K r a f t - V e r s c h i e b u n g s l i n i e von

"B" v e r l i e f deshalb auch etwas s t e i l e r a l s bei "A".

Eine Befeuchtung der Prüfkörper der Serie K2 bei Versuchsbeginn führte gegenüber den "Nul1 versuchen" K10 zu etwas k l e i n e r e n Verschiebungen, d i e - nach der Trocknungsphase im Sommer einsetzenden Wiederbefeuch- tung - u n t e r z u l F geringfügig über und unter 2 x zul F l e i c h t unter den Anfangswerten K10 lagen ( B i l d 14, 18, 19, 2 0 ) .

Während s i c h der Betrag der Verschiebungen i n f o l g e s t a r k e r Austrock- nung bei unbelastet bzw. nach Langzeitbelastung geprüften Verbindungen kaum unterschieden h a t , war der Verschiebungsverlauf der vorverform- t e n , w i e d e r b e l a s t e t e n Verbindungen der Serien L I , L3a und L3b b i s zul F noch annähernd e l a s t i s c h gegenüber dem v i s k o e l a s t i s e h e n Verhal- ten der v e r g l e i c h b a r e n , vorher unbelasteten Scherkörper ( B i l d 16, 17, 22, 23, 24 und 2 5 ) .

Die wiederbefeuchteten Versuchskörper der Serien K212 und L212 ( B i l d 20 und 21) z e i g t e n dagegen i n f o l g e q u e l l u n g s b e d i n g t e r , überlagerter Reibungseinflüsse i n den Verbindungsfugen annähernd g l e i c h e s V e r f o r - mungsverhalten. Die gegenüber "A" überwiegend etwas höheren Verschie- bungen von "B" sind w a h r s c h e i n l i c h auf d i e S c h a f t p r o f i 1ierung des R i l l e n n a g e l s zurückzuführen. Der Verzahnungseffekt des R i l l e n n a g e l s im Holz w i r k t e s i c h auch h i e r e r s t oberhalb e i n e r Verschiebung von 1,5 mm durch höhere und g e r i n g e r streuende Höchstlasten gegenüber einem

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g l a t t s c h a f t i g e n Nagel aus. Die einen Tag bzw. eine Stunde nach E n t l a - stung der Scherkörper der Serien L I , L2 bzw. L3 gemessenen Verschie- bungen können nur u n t e r konstanten H o l z f e u c h t i g k e i t e n a l s bleibend angesehen werden. Würden d i e Prüfkörper wechselnden Klimazyklen aus- g e s e t z t , wäre m i t e i n e r w e i t e r e n Kriecherholung zu rechnen.

Die Endverformungen a l l e r Langzeitversuche abzüglich der bei gegebenen Feuchteverhältnissen f i x i e r t e n Verformungen im Nagelbett stimmen r e c h t gut m i t den anschließend unter zulässiger K u r z z e i t b e l a s t u n g e r z i e l t e n Verschiebungen überein.