Plug shear failure in nailed timber connections Load distribution and failure initiation

摘要

Sprödbruch in mechanischen Holxverbindungen sollte vermieden werden, da dies vielfach zu einer geringen Tragfähigkeit und Sprödbruch in der gesamten Konstruktion führen kann. In genagelten Holzverbindungen können insgesamt drei Brucharten auftreten: Bruch durch Überschreitung der Lochleibungsfestigkeit, Aufreissen, oder Ausreissen des gesamten genagelten Bereichs. Um solche Scherbrüche zu vermeiden, sind kurze und breite Verbindungen zu bevorzugen, bei denen die Anzahl der Verbindungsmittel in Last- und Faser- richtung begrenzt wird. Das Schubversagen wurde in Kurzzeitversuchen an Holz-Stahl-Nagelverbindungen von Brettschichtholz bei Zugbeanspruchung parallel zum Faserverlauf mit fünf verschiedenen Verbindungsgeometrien geprüft. Ziel der Untersuchung war, festzustellen, ob die Nagelanordnung so gewählt werden kann, dass Schubversagen vermieden wird, und um Einblicke in die Ursache von Bruchauslösung zu gewinnen. Mit einem Federmodell kann gezeigt werden, dass die Lastverteilung erhebliche Spannungen am letzten Nagel in der Verbindung verursacht, wodurch aller Wahrscheinlichkeit nach das Schubversagen entsteht. Versuchsergebnisse wurden mit theoretischen Modellen aus der Literatur verglichen. Es stellte sich heraus, dass gruppenweise angeordnete Verbindungsmittel das Risiko eines Schubversagens deutlich vermindern können. Wahrscheinlich beginnt der Bruch an dem vom freien Ende am weitesten entfernten Nagel, wo Zugspannungen quer zur Faser auftreten.%Brittle failures in mechanical timber joints should be avoided, because this often results in low capacity and brittle failure of the structure. Nailed joints experience three ultimate failure modes: embedding, splitting or plug stear failure. To avoid plug shear failure, short and wide joints are preferred, limiting the number of fasteners in line with the load and grain direction. Plug shear failure was examined in short-term experiments on nailed steel-to-timber joints in glulam loaded in tension parallel to the grain with five different joint geometries. The aim of the study was to examine if the fastener group layout can be adjusted to avoid plug shear failure and to gain an insight into the causes of failure initiation. Using spring models, it is shown that the load distribution creates pronounced stresses at the last nail in the joint, which probably initiates the plug shear failure. Test results are compared with prediction models found in the literature. It was found that fasteners placed in groups can be a successful way of reducing the risk of plug shear failure. The failure is probably initiated at the nail farthest from the free end, where tensile stresses perpendicular to grain occur.