Holz und Stahlbau

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Holz und Stahlbau

by RJ

Was versteht man unter einem anisotropen Werkstoff?

Werkstoff dessen Materialeigenschaften richtungsabhängig sind.

Beschreibe warum Holz ein anisotroper Werkstoff ist.

Holz besteht aus Faserbündeln. Je nach Belastungsrichtung (Kraft-Faser-Winkel α) werden die

einzelnen Fasern jeweils in Richtung ihrer Längsachse belastet (α = 0°, hohe Festigkeit) oder die

Verbindung der Fasern untereinander belastet (α > 0°, geringere Festigkeit).

Warum wird Holz nach dem Sägen im Sägewerk getrocknet?

Das in den porenräumen enthaltene Wasser mindert aufgrund der Inkompressibilität des Wassers die

Festigkeit des Holzes erheblich.

Beschreibe was man unter dem „Sortieren“ von Holz versteht.

Unter dem sortieren des Holzes versteht man die Einteilung des Holzes entsprechend dem

Vorhandensein von Imperfektionen sowie seiner Verortung im Stammquerschnitt.

Beschreibe was man unter dem Quellen von Holz versteht.

Quellen ist eine Volumenvergrößerung des Holzes infolge Feuchtezunahme.

Beschreibe was man unter dem Schwinden von Holz versteht.

Schwinden ist eine Volumenverkleinerung infolge Feuchteabnahme.

Beschreibe was man unter dem Kriechen von Holz versteht.

Als Kriechen werden zeitabhängige Verformungszunahmen eines Körpers unter

gleichbleibender Beanspruchung bezeichnet.

Beschreibe wie sich die Zugfestigkeit von in Abhängigkeit des Kraft-Faser-Winkels α verhält.

Die Zugfestigkeit ist stark von α abhängig.

Je größer der Kraft-Faser-Winkel, desto geringer die Zugfestigkeit, wobei die Abnahme der

Zugfestigkeit exponentiell ist.

Beschreibe was mit dem „Einhängeeffekt“, welcher bei Schwellendruck rechtwinklig zur Faser

auftritt, gemeint ist.

Bei Schwellendruck mit beidseitigen Überstand in Faserrichtung tragen die überstehenden

Holzfasern mit.

Beschreibe warum Holzbauteile in verschiedene Nutzungsklassen eingeteilt werden.

Um den Einfluss der Umgebungsfeuchte auf die Holzfestigkeit zu berücksichtigen.

Beschreibe was mit dem Modifikationsbeiwert 𝑘𝑚𝑜𝑑 berücksichtigt wird.

Mit dem Modifikationsbeiwert 𝑘𝑚𝑜𝑑 wird die Umgebungsfeuchte und die Lasteinwirkungsdauer,

welche sich auf die Holzfestigkeit auswirkt, berücksichtigt.

Beschreibe den Unterschied zwischen homogenen (h) und kombinierte (c) Brettschichtholz. Für

welche Bauteile macht es Sinn kombinierte Brettschichtholz zu verwenden?

Bei homogenen Brettschichtholz weisen alle Brettlagen die gleichen Festigkeiten auf. Bei

kombinierten Brettschichtholz werden die Brettlagen mit den größeren Festigkeiten am Balkenrand

platziert. Dadurch ist es ein effizienteres abtragen von Biegemomenten möglich, da im Biegebalken

die größten Spannungen in den Randfasern auftreten.

Nenne mögliche Schadeinflüsse auf Holz und Holzwerkstoffe.

▪ Organismen (Pilze, Insekten)

▪ Feuer

▪ Witterung

▪ Chemische und mechanische Beanspruchung

▪ Verschmutzung

Nenne mögliche Maßnahmen für einen wirksamen Holzschutz.

▪ Auswahl geeigneter Holzarten

▪ Einsatz von Hölzern mit natürlicher Dauerhaftigkeit

▪ Baulich konstruktive Holzschutz-Maßnahmen Holzschutz mit Holzschutzmitteln und

gegebenenfalls

▪ Oberflächenbehandlungen

▪ Kontrollen in Zeitabständen

▪ Notwendige Wartungs- und eventuelle rechtzeitige Instandsetzungsmaßnahmen

Nenne verschiedene Verbindungsmittel für Holzbauteile

▪ Stabdübel

▪ Bolzen

▪ Gewindestangen

▪ Nägel

▪ Klammern

▪ Nagelplatten

▪ Scheibendübel mit Zähnen

▪ Verleimungen

Aus welchen Stoffen setzt sich Stahl zusammen? Welche Bedingung muss dabei erfüllt sein?

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff sowie andere Begleit- und Legierungselemente,

wobei der Kohlenstoffgehalt maximal 2% betragen darf.

Welche Grundzutaten benötigt man für den Hochofenprozess?

▪ Erz (Eisenoxid)

▪ Kalk

▪ Koks (stark kohlenstoffhaltiger Brennstoff)

Welchem Zweck dient der Hochofenprozess?

▪ Reduktion des im Eisenerz gebundenen Sauerstoffs.

▪ Reduzierung des Kohlenstoffgehalts.

▪ Entfernen bzw. Reduzieren von Begleitstoffen.

Welche charakteristische mechanische Materialeigenschaften besitzt Stahl?

▪ Isotropes Materialverhalten

▪ Hohe Materialsteifigkeit: E = 210 GPa

▪ Hohe Zug und Druckfestigkeit

▪ Querdehnzahl: 0,3

▪ Hohe Duktilität

Skizziere das Spannungs-Dehnungsdiagramm einer Stahlprobe im Zugversuch, und benenne die

unterschiedlichen Bereiche.

Welches Tragverhalten ist typisch für den Stahlbau? (Hinsichtlich hoher Temperatur, Duktilität und

plastischem Materialverhalten)

▪ Starker Festigkeitsverlust bei hohen Temperaturen.

▪ Hohe Duktilität gewährleistet hohes Maß an Sicherheit, da Bauteilversagen nicht plötzlich

auftritt.

▪ Plastisches Materialverhalten ermöglicht unter lokalem Ausnutzen der Fließgrenze an hoch

beanspruchten Stellen eine Umlagerung von Beanspruchungen in niedrigere ausgenutzte

Bereiche.

Wie hoch ist der Teilsicherheitsbeiwert zur Bemessung von ständigen ungünstigen Auswirkungen γ𝐺

sowie veränderlichen ungünstigen Auswirkungen γ𝑄 im Grenzzustand der Tragfähigkeit.

γ𝐺 = 1,35, γ𝑄 = 1,5

Nenne Beispiele für ständige, veränderliche und außergewöhnliche Einwirkungen.

▪ Ständige: Eigenlasten, Erdlasten, wahrscheinliche Setzungen

▪ Veränderliche: Verkehrslasten, Kranlasten, Schnee, Wind, Temperatur

▪ Außergewöhnliche: Anprallasten, Erdbeben, Explosionen, Brand

Was ist mit dem Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) gemeint?

Zustand eines Bauteils bei dessen Überschreitung es versagt.

Was ist mit dem Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) gemeint?

Zustand eines Bauteils bei dessen Überschreitung die Funktion des Tragwerks oder Teile davon, das

Wohlbefinden des Nutzers oder das Erscheinungsbild des Bauwerkes negativ betroffen werden.

Was wird mit dem Kombinationsbeiwert berücksichtigt?

Das gleichzeitige Auftreten mehrerer nicht zu 100% wahrscheinlichen Ereignissen.

Nenne Maßnahmen zum Korrosionsschutz.

▪ Beschichtungen

▪ Metallische Überzüge

▪ Verwendung legierter Stahlsorten

▪ Korrosionsgerechte Gestaltung

Beschreibe das Materialverhalten von Stahl im Brandfall.

▪ Stahl ist nicht brennbar.

▪ Stahl verliert ab einer Temperatur zwischen 400 und 600 °C stark an Festigkeit.

▪ Hohe Wärmeleitfähigkeit beeinflusst Feuerwiderstandsdauer negativ.

Beschreibe das Materialverhalten von Holz im Brandfall.

▪ Holz ist brennbar.

▪ Jedoch behält ein Holzbalken im Brandfall lange seine Festigkeit, da die äußere Schicht verkohlt

und dadurch den inneren Kern des Balkens längere Zeit schützt.

Skizziere schematisch den Spannungsverlauf in einem auf reine Biegung beanspruchten Balkens, bei

welchem noch keine Plastifizierung stattgefunden hat.

Skizziere schematisch den Spannungsverlauf innerhalb eines voll plastifizierten Querschnitts eines auf

reine Biegung beanspruchten Balkens.

Erläutere die drei Nachweisverfahren Elastisch-Elastisch, Elastisch-Plastisch und Plastisch-Plastisch.

Siehe Vorlesung bzw. Stahlbau 1

Wie berechnet man das elastische Widerstandsmoment 𝑊𝑒𝑙,𝑦 eines rechteckigen Querschnitts um die y-

Achse?

Wie berechnet man das elastische Flächenträgheitsmoment 𝐼𝑦 eines rechteckigen Querschnitts um die y-

Achse?

Dargestellt ist ein Zugstab, welcher durch Bohrlöcher geschwächt ist. Zeichne den hier anzusetzenden

Nettoquerschnitt in den Zugstab für den Zugspannungsnachweis mit Lochschwächung ein.

Erkläre die Funktionsweise eines Doppel-T-Trägers hinsichtlich der Aufnahme von Biegemomente und

Querkraft.

Flansche nehmen größtenteils das Biegemoment auf. Der Steg nimmt die Querkraft auf.

Welche Stahlprofile eignen sich besonders zum Aufnehmen von Torsionsmomenten?

Geschlossene rechteckige und runde Hohlprofile.

Skizziere alle vier Eulerfälle mit Angabe der Knicklänge.

Welche Achse eines I-Profils wird bezüglich der Stabilität als die „schwache“ Achse bezeichnet.

Die z-Achse

Gegeben ist das folgende baustatische System und das Querschnittsprofil des Balkens.

Skizziere eine mögliche Biegedrillknickfigur des Balkens.

Bei welchen Tragwerken besteht die Gefahr des Beulens.

Ebene Flächentragwerke (Scheibentragwerke)

Bei welchen Bauteilen besteht die Gefahr Knickens?

Bei schlanken, druckbeanspruchten Bauteilen

Beschreibe alle drei Gleichgewichtslagen bezüglich ihres Potentials.

Bei welchen Spannungen können Stabilitätsprobleme auftreten.

Druckspannungen

Skizziere die Knickfigur bei den gegebenen Tragwerken unter gegebener Beanspruchung.

Siehe Vorlesung 3.

Skizziere einen gelenkigen Anschluss im Stahlbau.

Skizziere einen biegesteifen Anschluss im Stahlbau.

Welche Probleme treten bei der Herstellung von Schweißnähten auf der Baustelle auf.

▪ Erschwerte Zugänglichkeit der Schweißnähte.

▪ Notwendigkeit einer entsprechende Schweißausrüstung.

▪ Schweißstelle muss vor Witterungseinflüssen geschützt werden.

▪ Schweißnahtgüte muss kontrolliert werden.

▪ Notwendigkeit des Schweißens in Zwangslage.

Was versteht man unter einer rohen Schraube.

Schrauben, bei denen Schaft und Gewinde den gleichen Durchmesser aufweisen.

Verbindungen mit rohen Schrauben haben ein Lochspiel (Lochdurchmesser > Schraubendurchmesser), welcher eine gewisse

Höchstabweichung (1 bis 3 mm) je nach Schraubenart nicht überschreiten darf.

Was versteht man unter einer Passschraube.

Bei sogenannten Passschrauben ist der Gewindedurchmesser kleiner als der Schaftdurchmesser.

Passschraubverbindungen werden ohne Lochspiel bzw. sogar mit negativen Lochspiel mit einem bis zu 0,3 mm kleinen

Lochdurchmesser als der Schaft ausgeführt.

Nenne mögliche Nachweise, welche bei Schraubverbindungen (Kategorie A bis E) geführt

werden müssen.

▪ Abscheren

▪ Lochleibung

▪ Gleiten

▪ Nettoquerschnitt

▪ Zug

▪ Durchstanzen

Beschreibe was man unter der Scherfläche einer Schraubverbindung versteht.

Welche Nachweise sind für eine die Scherfläche einer Schraubverbindung zu führen?

▪ Lochleibung

▪ Abscheren

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RJ

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10 months ago

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