Zerstörungsfreie Bestimmung der Steifigkeit und Analyse des dynamischen Verhaltens von Massivholzplatten aus Schweizer Nadelholz

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: WHFF 2004.03

Schlüsselwörter (Deutsch)

Holzwerkstoff, Steifigkeit, Brettsperrholzplatten

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Steifigkeiten von Holzwerkstoffen, wie z.B. von Brettsperrholzplatten, zählen bei statischen Berechnungen (Durchbiegungskontrollen, Schwingungsberechnungen) zu den wichtigsten Materialeigenschaften. Bei Platten sind es insbesondere die zwei Elastizitätsmoduln (Eii) in Plattenebene und die 3 Schubmoduln (Gij). Um diese Parameter zerstörungsfrei und mit wenig Arbeitsaufwand bestimmen zu können, wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem auf Grundlage von Schwingungsanalysen alle 5 Steifigkeiten in nur einem Versuch bestimmt werden können. Die Methode wurde in 3 Schritten verifiziert und optimiert: In einer ersten Phase wurde das Verfahren auf 24 quadratischen Brettsperrholzplatten mit Seitenlänge 2,5 m und einer Dicke von 70 mm mit verschiedenen, bezüglich der Mittellage symmetrischen Aufbauten angewandt. In einer zweiten Phase wurden Platten untersucht, wie sie im Hochbau als reale Bauteile verwendet werden. Hierbei wurden auch Massivholzplatten mit grösseren Abmessungen (2.50 x 4.00 m) und Dicken (9 Platten der Dicke 80 mm und 9 Platten der Dicke 110 mm) in die Untersuchung einbezogen. Die so experimentell ermittelten Steifigkeiten beider Phasen wurden mit auf Grundlage der Verbund-Theorie berechneten Steifigkeiten verglichen. Des Weiteren wurden unter Einsetzen dieser experimentell bestimmten Steifigkeiten in ein theoretisches Modell Durchbiegungen berechnet und diese mit gemessenen Durchbiegungen aus statischen Biegeversuchen verglichen. Dadurch konnten die dynamisch bestimmten Steifigkeiten verifiziert werden. 
In einem letzten Schritt (Phase 3) wurde die Methode auf Platten aus der realen Produktion mit verschiedenen Abmessungen angewandt. Die Ermittlung der Steifigkeiten mit der dynamischen Methode erfolgte beim Plattenhersteller direkt nach der Produktion der Platten mit Abmessungen bis zu 0.48 m Dicke und 8 m Länge.  Für alle Platten konnten 4 Steifigkeiten sicher bestimmt und deren Richtigkeit verifiziert werden.
Der Schubmodul C44 (G23) ist schwer zu ermitteln, da die Bestimmbarkeit stark von den hochfrequenten Schwingungsformen abhängt, die schwer anzuregen sind. Je grösser die Plattendicke und je dünner die Decklage ist, desto besser kann der Steifigkeitsparameter C44 bestimmt werden. Die Steifigkeiten der Platten hängen stark von der Produktionsmethode,  dem eingesetzten Rohmaterial und dem seitlichen Verkleben der Lamellen in der Mittellage ab. Für alle Platten wurden ausserdem die Dämpfungseigenschaften bestimmt. Das Verfahren erwies sich als robust genug, um auch im Rahmen der laufenden Produktion und unter Auflegen der Platten auf Luftpolster gute Resultate zu liefern.
Die bestimmten Steifigkeiten können direkt für Plattenberechnungen mit z.B. Finite-Element Programmen, aber auch für Berechnungen einfacher Stabwerke eingesetzt werden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht - Empa, Dübendorf - Zerstörungsfreie Bestimmung der Steifigkeit und Analyse des dynamischen Verhaltens von Massivholzplatten aus Schweizer Nadelholz - Juni 2007 [PDF] 8'922 kB