Software zur Bemessung von Dübel- und Schraubverbindungen nach Eurocode 5

Dübelförmige Verbindungselemente wie Schrauben und Stahldübel gehören zu den am häufigsten verwendeten Verbindungssystemen im Holzbau. Diese Verbindungselemente übertragen Kräfte zwischen Holzbauteilen, indem sie die im Holz auftretenden Spannungen aufnehmen und sich selbst verbiegen.

SPEC Toolbox bietet einen leistungsstarken Rechner für die Auslegung und Überprüfung von Dübelverbindungen in Holzbauteilen mit Stahlplatten. Das Tool bewertet das Zusammenspiel zwischen Holzbauteilen, Stahlplatten und Verbindungselementen und ermöglicht es Ingenieuren, die Tragfähigkeit der Verbindung unter kombinierten Belastungsbedingungen zu überprüfen.

Für den europäischen Raum unterstützt der Rechner die folgenden Konstruktionsnormen:

• EN 1995-1-1:2004 (Eurocode 5)
• prEN 1995:2025 (Überarbeitung der nächsten Generation des Eurocodes)

Diese Normen legen die Bemessungsverfahren für Dübelverbindungen unter Anwendung der Johansen-Fließgrenzen-Theorie, der Abstandsanforderungen und der Nachweise für das Versagen des Holzes fest.

Der Rechner unterstützt Schrauben und Stahldübel, die in Brettschichtholz- oder Massivholzbauteilen verbaut sind, und ermöglicht eine flexible Konfiguration von Plattenpositionen, Befestigungsanordnungen und Belastungsbedingungen.

Das Tragverhalten einer Dübelverbindung hängt von den auf die Verbindung einwirkenden Kräften ab. Mit dem Rechner können Ingenieure die Hauptlastkomponenten definieren, die über die Verbindung übertragen werden.

Folgende Lasten können aufgebracht werden:

• Axiale Zugkraft (Fx)
Kraft, die parallel zur Verbindungsachse wirkt und eine Zugspannung in der Holz-Verbindungselement-Gruppe erzeugt.

• Scherkraft (Fz)
e Kraft, die senkrecht zur Achse des Befestigungselements wirkt und über die Auflagefläche zwischen dem Holz und den Befestigungselementen übertragen wird.

• Biegemoment (My)
es Moment, das auf die Verbindung wirkt und eine zusätzliche Kraftumverteilung innerhalb der Befestigungsgruppe bewirkt.

Ingenieure können zudem die Verbindungskonfiguration festlegen und dabei bestimmen, ob die Verbindung als primäres Bauteil oder als Teil eines größeren Lastübertragungssystems fungiert.

Der Rechner berechnet Dübelverbindungen anhand der Johansen-Fließgrenzen-Theorie, die die Grundlage für die moderne Bemessung von Holzverbindungen im Eurocode 5 bildet.

Dieser analytische Ansatz berücksichtigt die Wechselwirkung zwischen:

• Verankerungsfestigkeit von Holz

• Biegefestigkeit von Befestigungselementen

• Steifigkeit von Stahlblechen

• Lastumverteilung innerhalb der Befestigungsgruppe

Es werden automatisch mehrere potenzielle Ausfallmechanismen bewertet, darunter:

• Versagen der Holzverankerung

• Verformung von Befestigungselementen

• Kombinierte Kunststoffmechanismen für Holzverbinder

Bei der Bemessung werden die in der gewählten Norm festgelegten Sicherheits- und Korrekturfaktoren berücksichtigt.

Durch die Auswertung aller möglichen Verformungsmodi ermittelt der Rechner den maßgebenden Verbindungswiderstand und gewährleistet eine zuverlässige statische Überprüfung.

Das Holzbauteil bildet das tragende Element der Verbindung. Seine Geometrie und seine Materialeigenschaften haben einen wesentlichen Einfluss auf die Tragfähigkeit der Verbindung.

Ingenieure können Folgendes definieren:

• Dicke des Holzbauteils

• Holzgüteklasse

• Einbau einer Stahlplatte in den Holzquerschnitt

• Anordnung der Platten (gleichmäßige oder ungleichmäßige Anordnung)

Diese Parameter bestimmen den Lastübertragungsmechanismus und beeinflussen die Anforderungen an den Abstand zwischen den Befestigungselementen, die Spaltfestigkeit sowie das Gesamtverhalten der Verbindung.

Stahlplatten werden häufig in Holzverbindungen eingesetzt, um die Lastverteilung zu verbessern und die Tragfähigkeit der Verbindung zu erhöhen.

Mit diesem Rechner können Ingenieure die mechanischen und geometrischen Eigenschaften des Stahlblechs festlegen, darunter:

• Stahlblechsorte

• Plattendicke

• Plattentiefe

• Kantenabstände

• Endabstände

Materialeigenschaften wie Streckgrenze und Zugfestigkeit dienen zur Beurteilung der strukturellen Festigkeit des Stahlblechs.

Das System überprüft die Platte auf mögliche Ausfallursachen, darunter:

• Blechbiegen

• Tragfähigkeit

• Scherfestigkeit

• Blockreißfestigkeit

• Zugfestigkeit

Dadurch wird sichergestellt, dass der Stahlteil der Verbindung seine statische Funktion weiterhin erfüllt.

Verbindungselemente sind die wichtigsten lastübertragenden Bauteile in Holzverbindungen mit Dübeln. Der Rechner unterstützt die Bemessung von:

• Schrauben
• Stahldübel

Ingenieure können die Eigenschaften der Befestigungselemente festlegen, darunter:

• Durchmesser des Befestigungselements

• Befestigungsmittelklasse

• Anzahl der Befestigungselemente pro Reihe

• Anzahl der Zeilen

• Anordnungsmuster der Befestigungselemente

• Durchmesser der Unterlegscheibe

• Einbauwinkel

Diese Parameter wirken sich unmittelbar auf die Tragfähigkeit des Befestigungselements, die Lastverteilung und die maßgebliche Versagensart der Verbindung aus.

Der richtige Abstand zwischen den Befestigungselementen und zu den Kanten ist entscheidend, um Versagensarten bei sprödem Holz wie Spalten oder Blockverschiebung zu vermeiden.

Mit dem Rechner können Ingenieure Folgendes festlegen:

• Abstand in Faserrichtung (a₁)

• Abstand quer zur Faserrichtung (a₂)

• Belastete Randdistanz (aₜ)

• Abstand an der unbelasteten Kante (aₑ)

• Endabstände

Ingenieure können diese Werte entweder manuell festlegen oder den Rechner die Mindestabstände gemäß der ausgewählten Norm berechnen lassen.

Diese geometrischen Vorgaben gewährleisten eine gleichmäßige Spannungsverteilung und eine ausreichende Festigkeit des Holzes im Bereich der Befestigungselemente.

Nachdem die Geometrie, die Werkstoffe und die Lasten definiert wurden, führt der Rechner eine vollständige statische Überprüfung der Verbindung durch.

Die folgenden Prüfungen werden automatisch durchgeführt:

Geometrische Überprüfung

Stellt sicher, dass Abstände, Randabstände und Anforderungen an die Anordnung den Bestimmungen der Bauvorschriften entsprechen.

Prüfung von Holzbauteilen und Befestigungselementen

Die Verbindung wird im Hinblick auf verschiedene mögliche Versagensarten bei Holz und Befestigungsmitteln untersucht, darunter:

• Verformungswiderstand von Befestigungselementen

• Splitterfestigkeit

• Scherfestigkeit von Blöcken oder Stopfen

• Zugfestigkeit des Holzbauteils

Prüfung von Stahlblechen

Die Stahlplatte wird anhand folgender Kriterien geprüft:

• Zugfestigkeit

• Lagerwiderstand

• Biegekapazität

• Scherfestigkeit

• Blockreißfestigkeit

Die Ergebnisse werden in einem übersichtlichen Dashboard dargestellt, sodass Ingenieure die maßgeblichen Versagensmechanismen schnell erkennen und überprüfen können, ob die Verbindung den Konstruktionsanforderungen entspricht.