Biegefestigkeit von Trägern aus kreissektorförmigen Lamellen

Segmentlamellenholz (SLH) ist ein neuer Holzwerkstoff aus Fichtenholz, bestehend aus wechselseitig miteinander verklebten Trapezlamellen. Durch einen radialen Einschnitt der Stämme und eine der Trocknung vorausgehende Nassverklebung können die wesentlichen Prozessparameter, die bei der regulären Brettschichtholzherstellung für große Verluste hinsichtlich der Holzausbeute sorgen, deutlich verbessert werden. Die Holzausbeute wird so auf durchschnittlich 85 % gesteigert.
Übereinander verklebte SLH-Lamellen bilden den Werkstoff Segmentschichtholz (SSH), der als Alternative zu Brettschichtholz (BSH) angesehen wird.
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Im Rahmen von Versuchen wurde die Biegefestigkeit von SLH und SSH experimentell bis zu Spannweiten von 6 m untersucht. Beide Produkte sind in der ETA-19/0832 geregelt und weisen eine minimale charakteristische Biegefestigkeit von f$_\text{m,k}$ = 24 N/mm² auf. Analog zu BSH ist es jedoch auch möglich, mit SSH große Spannweiten zu überbrücken. Um die Biegefestigkeiten von solchen Trägern abschätzen zu können, wurde ein Finite-Elemente-Modell, basierend auf dem Karlsruher Rechenmodell (KAREMO) sowie der Monte-Carlo-Methode, erstellt. Aufgrund der zweidimensionalen Verklebung innerhalb eines Querschnitts sowie der großen Lamellenhöhe sind im Gegensatz zu BSH wesentliche Änderungen in der Modellbildung notwendig. Die Trapezgeometrie der einzelnen Lamelle führt dazu, dass die für BSH gültigen Materialmodelle nicht verwendet werden können. In umfangreichen Versuchsreihen an kleinformatigen Prüfkörpern wurden daher die Materialeigenschaften sowie deren Korrelationen miteinander erfasst und in einem für SLH gültigen Materialmodell verarbeitet.
Umfangreiche Simulationsstudien befassen sich mit den charakteristischen Biegefestigkeiten des Werkstoffs bei variierender Trägerhöhe und -breite. Abschließend werden Änderungen im Herstellungsprozess und deren Auswirkungen auf die Biegefestigkeiten mittels Simulationen untersucht.

Laminated Segment Timber (LST) is a new engineered wood product consisting of alternating glued trapezoidal lamellas made of Spruce. Due to the radial cutting of the logs and wet gluing prior to the drying process the main process parameters that are responsible for large losses in wood volume are addressed. The yield of the log can be significantly increased to averagely 85 %. Layered LST consisting of multiple lamellas glued on top of each other is seen as an alternative to glulam.
The bending strength of (layered) LST was examined up to beam lengths of 6 m. Both products are listed in ETA-19/0832 and show a minimum bending strength of f$_\text{m,k}$ = 24 N/mm². ... mehrAnalogue to glulam, much larger beam lengths are possible. To evaluate the bending strengths of such beams, a finite element model based on the Karlsruhe Rechenmodell (KAREMO) and the Monte-Carlo-Method was developed. Due to the two dimensional gluing and the large height of a lamella, substantial changes in the modelling are necessary. Because of the trapezoidal cross section of a single lamella, the material model used for the simulation of glulam cannot be used. Therefore, the material properties and their correlations were examined on small specimens and processed to a material model that is valid for LST.
Extensive simulations were performed on cross sections with varying width and depth to acquire data regarding the bending strength of layered LST. Conclusively, changes in the manufacturing process and their effects on bending strength were examined by means of simulations.