Axially Loaded Self-Tapping Screws in Solid Timber and Laminated Timber Products

Im Zuge der letzten 25 Jahre sind selbstbohrende Holzbauschrauben die wahrscheinlich bedeutendsten Verbindungsmittel im modernen Ingenieurholzbau geworden. Als wesentlichste Gründe für ihren verbreiteten Einsatz sind ihre einfache und wirtschaftliche Montage ohne Vorbohren sowie ihre flexible Geometrie zu nennen, die ihre Anwendung für eine ganze Reihe
unterschiedlicher Einsatzbereiche, gliederbar in Verbindungen und Verstärkungen, ermöglicht.
Unter Einschränkung des Betrachtungsbereiches auf die axiale Beanspruchung, zufolge welcher die Schrauben wohl am Wirksamsten eingesetzt werden können, konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf das Schaffen von Grundlagenwissen hinsichtlich der Besonderheiten dieses stiftförmigen Verbindungsmittels. Dies aufgeteilt in zwei Teilbereiche, welche sich einerseits mit dem Produkt „selbstbohrende Holzschraube“ und andererseits mit dessen Ausziehverhalten, der axialen Verbundwirkung der Schraube mit dem umgebenden
Holzwerkstoff, beschäftigen.
Im Rahmen des ersten Teilbereichs ist als wesentlichstes Ergebnis der Arbeit die Herleitung und Verifizierung eines mechanischen Modells, welches die Beziehung der relevanten Bemessungskenngrößen ftens, ftor und My in Abhängigkeit einer variierenden Gewindegeometrie beschreibt, zu nennen. Ferner werden eine Reihe grundlegender Erkenntnisse zum Ermüdungstragverhalten sowie zur wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion bei axialer Beanspruchung, welche dem Themenbereich der Werkstoffkunde zuzuordnen sind, diskutiert.
Der zweite Teilbereich der Arbeit beinhaltet die Untersuchung, Diskussion und Beschreibung (mittels empirischer, stochastischer und mechanischer Ansätze) der Auswirkungen einer Variation unterschiedlicher Einflussparameter (eingeteilt in die Hauptgruppen „Schraube“, „Holz“, „Applikation“ und „Beanspruchung“) auf das Ausziehtragverhalten der axial beanspruchten, selbstbohrenden Holzbauschrauben. Dem zugrunde liegen rund 14.000 Einzelergebnisse aus einer umfangreichen Reihe an experimentellen Prüfserien.
Jene Parameter, welche das Tragverhalten der Schrauben signifikant beeinflussen, werden in weiterer Folge für die Herleitung eines universellen Ansatzes zur empirischen Vorhersage des Mittelwertes und charakteristischen (5 %-) Wertes der Ausziehfestigkeit fax der Holzbauschrauben berücksichtigt. Das Modell ermöglicht letztendlich die Bestimmung von fax, unabhängig des verwendeten Holzwerkstoffes (Vollholz sowie die brettbasierenden, geschichteten Holzwerkstoffe Brettschichtholz und Brettsperrholz) und der Lage der Verschraubung im Holz.