Modellierung des zeit- und feuchteabhängigen Materialverhaltens zur Untersuchung des Langzeittragverhaltens von Druckstäben aus Holz

In der Arbeit wird zunächst ein umfassendes Materialmodell für den Werkstoff Holz entwickelt. Das zeit- und feuchteabhängige Materialverhalten sind darin ebenso enthalten wie die Streuungen der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit materialspezifischer Kenngrößen. Die Erfassung der zeitabhängigen Feuchteverteilung über den Stabquerschnitt wird mittels einer Diffusionsanalyse erreicht. Bei der Beschreibung des zeitabhängigen Materialverhaltens wird nach viskoelastischen, mechano-sorptiven, nichtlinearen und feuchtebedingten Verformungen unterschieden. Die Modellierung der unterschiedlichen Anteile erfolgt mittels rheologischer Modellkörper und empirischer Formulierungen. Es werden gute Erfahrungen mit einem additiven Ansatz der verschiedenen Anteile gemacht. Zahlreich nachsimulierte Kriechversuche belegen die Effizienz der gewählten Modellierung. Zur Beschreibung des Materialversagens unabhängig von der Versagensdauer wird ein Formänderungsenergiedichte-Kriterium verwendet. Das erstellte Materialmodell kommt anschließend für umfangreiche Simulationen von Druckstäben unter Dauerlast im definierten der Nutzungsklasse 2 entsprechenden Wechselklima zur Anwendung. Die Druckstäbe werden dabei zunächst mit nach Vorschriften zulässigen Dauerlasten beansprucht. Diese Dauerlasten werden später zur Ermittlung von Dauertraglasten gesteigert. Die Untersuchungen werden unter Variation von Schlankheit, Sortierklasse und Querschnittsgröße durchgeführt. Als Ergebnis der Simulationsstudien lässt sich festhalten, dass die nach den Vorschriften zulässigen Lasten bei Dauerbeanspruchung für alle Schlankheiten kritisch zu sehen sind. Bei schlanken Druckstäben richtet sich die Dauertraglast nach dem Langzeitstabilitätsverbalten, welches von der Steifigkeit des Werkstoffes und der Höhe des Kriechens abhängt und durch einfache Ausdrücke beurteilbar ist. Das Dauertragverhalten von gedrungenen Stützen wird vom nichtlinearen Kriechen bestimmt und ist wesentlich schwieriger abzuschätzen. Anregungen und Vorschläge zur Verbesserung der aktuellen Bemessungssituation werden unterbreitet.