Trag- und Verformungsverhalten von Kerven bei Brettstapel-Beton-Verbunddecken

Holz-Beton-Verbunddecken, ursprunglich entstanden als effiziente Sanierungs- und Verstarkungsmasnahme bestehender Holzbalkendecken, finden auch in Neubauten beispielsweise in Form von Brettstapel-Beton-Verbunddecken immer mehr Anwendung. Die Vorteile dieser Bauweise liegen in der Kombination gunstiger Eigenschaften beider Materialien, die uber einen effizient ausgebildeten Verbund gekoppelt werden. Durch Kombination der Werkstoffe Holz und Beton kann eine deutliche Steigerung von Tragfahigkeit und Steifigkeit, Schall- und Brandschutz, sowie der Ausgleich von Temperatur- und Feuchteschwankungen erreicht werden, als durch den alleinigen Einsatz von Holz bzw. Beton. Durch die Anordnung in der Zugzone ersetzt das Holz mit seiner vergleichsweise hohen Zugfestigkeit die gerissene Zugzone des Betons und tragt durch seine Funktion als verlorene Schalung zu einer wirtschaftlichen Fertigung bei. Der Beton wird zur Aufnahme der Druckkrafte an der Deckenoberseite angeordnet. Entscheidend beeinflusst wird das Trag- und Verformungsverhalten von Holz-Beton-Verbunddecken durch die Wahl und Anordnung der Verbundmittel. Die Verbundfuge soll idealerweise so ausgebildet sein, dass Relativverschiebungen zwischen Holz und Beton vermieden werden. Die vorliegende Arbeit behandelt das Trag- und Verformungsverhalten von Kerven als Verbundmittel bei Brettstapel-Beton-Verbunddecken. Die Motivation liegt dabei vor allem in der Optimierung des bisher relativ aufwandig gestalteten Verbundmittels Kerve, das i.d.R. mit zusatzlich eingebauten Verbindungsmitteln zur Abhebesicherung erganzt wird. Auf Grundlage experimenteller Untersuchungen wird das lokale Trag- und Verformungsverhalten des Verbundmittels durch numerische und mechanische Modellierung erfasst und optimiert. Durch die Ermittlung entsprechender Kennwerte wie Traglast, Verbundmittelsteifigkeit und Kriechfaktor der Verbindung, wird deren zutreffende Erfassung im Rahmen bestehender Berechnungsverfahren moglich. Globale Untersuchungen am Gesamtsystem der Decke bilden die Basis konkreter Konstruktions- und Bemessungsregeln. Diese ermoglichen eine optimierte Ausfuhrung und verhindern, dass kritische Bereiche bei der Bemessung unberucksichtigt bleiben. Da Kerven ublicherweise an den Verlauf der Schubkraft angepasst in den Deckenrandbereichen angeordnet werden, liegt eine starke Abstufung des Verbundmittelabstandes vor. Um diese bei der Berechnung berucksichtigen zu konnen, werden die bestehenden Berechnungsverfahren unter Berucksichtigung des Langzeitverhaltens beurteilt und angepasst. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ermoglichen eine effiziente Anwendung des Verbundmittels Kerve und fuhren somit zu einer wirtschaftlichen Fertigung von Brettstapel-Beton-Verbunddecken. Konkrete Hinweise hinsichtlich Ausfuhrung und Bemessung ermoglichen eine realistische Erfassung verschiedener Einflusse und verhindern Schaden durch Vernachlassigung lokaler Spannungsspitzen. Die Verfasserin hofft, mit dieser Arbeit einen Beitrag zur breiteren Akzeptanz und vermehrten Ausfuhrung dieser Bauweise geleistet zu haben. Originally timber-concrete composite slabs have been developed to strengthen existing timber joist floors with a concrete slab. But this construction technique is also applied in new buildings, usually as a combination of nail-laminated board stacks and above lying concrete. The advantage of this construction technique is the combination of favourable properties of both materials, which are coupled with an effective shear connection. By combining timber and concrete in a composite structure a considerable upgrading of strength and stiffness, improved sound insulation and fire protection and a compensation of temperature and moisture can be reached more efficient, than by using timber respectively pure reinforced concrete. The timber, with its high tensile strength, is placed in the tension zone of the composite slab. It also has the benefit of being a permanent formwork of the concrete slab and thereby leads to a more economic manufacturing. The concrete is placed on top to carry the compressive forces. The global structural and deformation behaviour of a timber-concrete composite slab strongly depends on the load-slip behaviour and the arrangement of the connectors between the two components. The shear-connection has to be performed in such a way, that relative displacements between timber and concrete are avoided. The presented doctoral thesis deals with the load- and deformation behaviour of grooves as shear-connectors in timber-concrete composite structures. The main intention is to optimise this type of connection, which so far has been configured very complex and costly, caused by additionally installed mechanical joints to avoid uplift. Based on several experimental investigations, the local load- and deformation behaviour of this type of connection is described and optimised by numerical and mechanical models. By developing reference values, such as the ultimate load, the stiffness and the creeping coefficient of the connection, it is possible to integrate the behaviour of grooves in the existing methods of analysis. Global investigations on real size composite structures are being performed to derive structural and design rules. These rules lead to efficient structures and avoid that critical areas within the calculation are neglected. As grooves are usually placed at the edges of the composite slab in the sections of the maximum shear forces, the connectors are partially placed in higher distances to each other. In order to find out, if the existing methods of analysis are capable of taking various connection distances into account, comparisons of calculations of different methods are performed. If necessary, suggestions of improvement are pointed out. The results presented in this doctor thesis ensure an efficient application of grooves as shear-connectors and lead to an economic manufacturing of nail-laminated timber-concrete composite slabs. Detailed information concerning the construction and the calculation allow to consider different influences and avoid damages caused by neglecting local sections with high stresses. With this thesis the author aims at a wider acceptance and augmented implementation of this construction technique.