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Ch. Dessulemoustier-Bovekercke:
"Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Tragverhalten von Vollholzbalken-Beton-Verbunddecken";
Supervisor: A. Fadai, A. Müllner; Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau (E259-2), 2021; final examination: 2021-03-26.

Timber-concrete-composite-ceilings (TCC-ceilings) have received more attention recently, since they do not only meet the need for more ecological construction methods but also enable implementing slim and wide-span ceilings with an architecturally appealing soffit. In this context, a new TCC-ceiling was developed by Vollholzhybriddecken Engelhart Ltd. The connection be-tween wood and concrete is established via nailed metal sheets and shear notches with continu-ously variable height and sloping sides which makes this new system special. Fasteners in this form have not yet been scientifically investigated in their entirety. The concrete layer should be implemented at about the same height as the wood layer, which deviates from a common con-struction rule, making this another novelty. For this reason, a scientifically secured dimensioning of the system is currently not possible.
Therefore, this diploma thesis aims to not only develop a dimensioning concept but also to create preliminary dimensioning tables for this ceiling system.
For this purpose, deformation and load-bearing behavior of the fasteners is investigated by using experimental methods. Additionally, the deformation and load-bearing behavior of the ceil-ing system is analyzed by using four-point bending tests. The results of the experimental methods are to be incorporated afterwards into numerical simulation models followed by recalculation of the tests. By comparing the results of the numerical simulation models and from the four-point-bending tests, the numerical simulation models can be validated.
Results showed that load-bearing-behavior of the TCC-ceiling can be mapped with sufficient accuracy using a framework model for a deflection range of 𝑤 <𝐿 / 300. Moreover, considering the cracking behavior of the concrete and the non-linearities of the fasteners doesn´t provide sig-nificantly more precise results. The framework model developed in this thesis consists of two hor-izontally stacked rods, each of which depicts the concrete or wood layer, the horizontal rods are connected by vertical rigid rods and at the level of the composite joint they are coupled via an expansion spring for whose spring constant the displacement modules 𝐾𝑠 of the fasteners are in-corporated. For the shear notches treated in this work with a notch depth of ℎ𝑛=4 𝑐𝑚, a dis-placement module of 𝐾𝑠 = 4.69 𝑘𝑁 / 𝑚𝑚 / 𝑚𝑚 can be given. For the nails with a diameter of 3,3 mm a displacement module of 𝐾𝑠 = 1.54 𝑘𝑁 / 𝑚𝑚 can be given. The framework model enables dimensioning of system components by determining internal forces.

Holz-Beton-Verbund-Decken (HBV-Decken) haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewon-nen. Sie erfüllen das Bedürfnis nach ökologischeren Bauweisen und ermöglichen gleichzeitig die Ausführung schlanker und weit gespannter Decken mit architektonisch ansprechender Unter-sicht. In diesem Zusammenhang wurde von der Vollholzhybriddecken Engelhart GmbH eine neue HBV-Decke entwickelt. Das Besondere dieses Systems besteht darin, dass die Verbindung zwi-schen Vollholzbalken und Beton über vernagelte Schubbleche und -kerven mit kontinuierlich ver-änderlicher Schubkerventiefe ℎ𝑛 und geneigten Flanken hergestellt wird. Diese Verbindungsmit-tel wurden in derartiger Form noch nicht abschließend wissenschaftlich untersucht. Die Betonschicht soll in etwa in der gleichen Höhe wie die Holzschicht ausgeführt werden. Dies stellt eine weitere Besonderheit dar, da hierbei von einer gängigen Konstruktionsregel abgewichen wird. Aus diesem Grund ist eine wissenschaftlich fundierte Bemessung des Systems zur Zeit nicht möglich.
Daher ist es Ziel dieser Diplomarbeit, ein Bemessungskonzept sowie Vorbemessungstabellen für dieses Deckensystem zu erarbeiten.
Dafür wird mittels experimenteller Methoden das Verformungs- und Tragverhalten der einge-setzten Verbindungsmittel untersucht und anhand von Vier-Punkt-Biegeversuchen das Verfor-mungs- und Tragverhalten des Deckensystems analysiert. Anschließend werden die Erkenntnisse der experimentellen Methoden in numerische Simulationsmodelle eingearbeitet und die Versu-che nachgerechnet. Durch den Vergleich mit den Versuchsergebnisse werden die Ergebnisse der numerischen Simulationsmodelle validiert.
Es konnte gezeigt werden, dass die hier untersuchte HBV-Decke durch ein Stabwerksmodell für einen baupraktisch relevanten Durchbiegungsbereich von 𝑤<𝐿/300 ausreichend genau ab-gebildet werden kann und, dass eine Berücksichtigung des Rissverhaltens des Betons sowie der Nicht-Linearitäten der Verbindungsmittel in dem genannten Bereich keine wesentlich genaueren Ergebnisse liefert. Das somit entwickelte Stabwerksmodell besteht aus zwei horizontal überei-nander liegenden Stäben, die jeweils die Beton- bzw. Holzschicht abbilden. Die horizontalen Stäbe werden durch vertikale Starrstäbe verbunden und auf der Höhe der Verbundfuge werden letztere über eine Dehnfeder gekoppelt. Für dessen Federkonstante werden die Verschiebungsmoduln 𝐾𝑠 der Verbindungsmittel eingearbeitet. Für die in dieser Arbeit behandelten Schubkerven mit einer Schubkerventiefe von ℎ𝑛=4 𝑐𝑚 ergibt sich ein Verschiebungsmodul von 𝐾𝑠=4,69 𝑘𝑁/𝑚𝑚/𝑚𝑚. Für die Nägel mit 3,3 mm Durchmesser ergibt sich ein Verschiebungsmodul von 𝐾𝑠=1,54 𝑘𝑁/𝑚𝑚. Basierend auf aus dem Stabwerksmodell ermittelten Schnittgrößen kann somit eine Bemessung der Systemkomponenten erfolgen.

Project Head Alireza Fadai:
Timber Hybrid 2.0