Verstärkung von Biegeträgern aus Holz mit Lamellen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff

Diplomarbeit von Alexander Holst

Einleitung:

Durch die in den letzten Jahren gewonnenen Erkenntnisse und durch die stetige Entwicklung neuer, attraktiver und wirtschaftlicher Materialien sind im Baustoffsektor und im speziellen in der Verstärkungstechnik neue Wege und Technologien eruiert worden. Auch im Holzbau werden durch die Entwicklung innovativer, hochleistungsfähiger Werkstoffe neue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen. Als ein herausragender Verbundbaustoff ist hierbei der unidirektionale kohlenstoffaserverstärkte Kunststoff (CFK) zu nennen. Durch den großen Elastizitätsmodul, die überaus große Zugfestigkeit und durch andere herausragende Eigenschaften empfiehlt sich dieses Material als Verstärkung für den konstruktiven Ingenieurholzbau. Bewehrte Holzträger eröffnen die Möglichkeit, die Eigenschaftsstreuungen des Holzes durch Homogenisierung wirksam auszugleichen und damit das Holz besser auszunutzen. Durch die Verstärkung kann gegenüber dem unbewehrten Holzbauteil eine Erhöhung der Steifigkeit und der Tragfähigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Verformungen erzielt werden.

Im Rahmen der Erhaltung und Sanierung werden künftig Bauaufgaben wie Instandhaltungen, Instandsetzungen, Modernisierungen, Rekonstruktionen und Umbauten zu lösen sein. Hierbei wird es das Ziel sein, sowenig wie möglich an den vorhandenen Bauwerksteilen zu verändern. Häufig werden daher Maßnahmen der individuellen Verstärkung nötig. Gerade in diesem Sektor ist für die CFK-Lamelle durch den auf das spezifische Gewicht des faserverstärkten Kunststoffes bezogenen bedeutenden Festigkeitsgewinn ein potentielles Anwendungsgebiet zu sehen. Erste erfolgreiche Verstärkungen im Denkmalschutz gibt es bereits. Während sich die Faserverbundwerkstoffe weltweit seit einigen Jahren im Stahlbetonbau bewährt haben und dort zum Stand der Technik gehören, werden in der Gegenwart erste theoretische und praktische Arbeiten über die Möglichkeiten einer Applikation von faserverstärkten Kunststoffen in anderen konstruktiven Bereichen, wie beispielsweise im Holzbau, durchgeführt.

Gang der Untersuchung:

Gegenstand der vorliegenden Diplomarbeit ist das Verbundtragverhalten von CFK-verstärkten Holzträgern. Hierzu wird im Vorfeld neben den werkstoffspezifischen Eigenschaften auf das grundlegende Werkstoff- und Verbundtragverhalten der beteiligten Materialien eingegangen. Im Hauptteil sollen Bemessungsmodelle für die Lastfälle Schub und Biegung herausgearbeitet und weiterhin Versagensmechanismen diskutiert werden. Zur Unterstreichung der theoretischen Ansätze werden einzelne Versuche durchgeführt, ausführlich erörtert und die Ergebnisse graphisch dargestellt. Abschließend werden die im Versuch ermittelten Größen mit den Werten aus den Berechnungsansätzen verglichen.

Inhaltsverzeichnis: