Untersuchung von Holzwerkstoff (MDF) als Trägermaterial von direkt montierten Schrauben während der Montage und unter axialer Belastung

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Aufgrund einfacher Handhabung hat im Holzbau der Einsatz direkter Schraubverbindungen die Nagelung von Bauteilen vielfach ersetzt. Eine Aussage über die Tragfähigkeit der Schrauben erfolgt auf Basis von Eignungsprüfungen. Die Gültigkeit der Tragfähigkeitsaussage ist durch dieses Nachweisverfahren auf die bei der Prüfung berücksichtigten Randbedingungen beschränkt. Die Erweiterung auf andere Anwendungsfälle und Randbedingungen ist mit weiterem prüftechnischem Aufwand verbunden. In dieser Arbeit wird im Unterschied zu den bisher dokumentierten Untersuchungen der Fokus auf das Trägermaterial und die sich beim Einsatz direkter Schrauben einstellende Spannungsverteilung gelegt. Um die bei Holz vorhandenen Materialinhomogenitäten einzugrenzen, wird als Trägermaterial Holzwerkstoff aus MDF betrachtet. Nach Ergänzung der in der Literatur vorhandenen Materialkennwerte durch eigene Materialuntersuchungen, wird ein numerisches Modell zur Beschreibung des Trägermaterials unter Berücksichtigung des Ansatzes orthotroper, viskoelastischer und plastischer Materialparameter erarbeitet. Wegen der in der Praxis auftretenden zeitlichen Trennung von Montage- und Zugbelastung wird die Untersuchung entsprechend unterteilt. Es werden Schrauben mit unterschiedlicher Geometrie betrachtet, um einen Rückschluss auf den Einfluss dieser Parameter zu ermöglichen. Die experimentelle Untersuchung des Trägermaterials auf Basis indirekter Messgrößen, ergänzt die theoretischen Betrachtungen und ermöglicht die Kontrolle der Berechnungsergebnisse an der Systemgrenze. Anhand des numerischen Modells wird die quantitative und qualitative Verteilung der Spannungen im Trägermaterial beschrieben. Die Darstellung der Ergebnisse im Kontaktbereich zwischen Trägermaterial und Schraube, im Bereich des Schraubenkerns und an den Flanken, ist in der Arbeit dokumentiert. Die Montage und der Formschluss werden wesentlich durch Verdrängung des Trägermaterials im Gang- und Kernbereich, sowie die viskoelastischen und plastischen Materialeigenschaften beeinflusst. Aus der Untersuchung sind die Einflüsse der Schraubengeometrie auf die Verankerung von direkten Schrauben in MDF und sich hieraus ergebende konstruktive Randbedingungen und Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet.