Zapfenverbindungen im Holzbau – bruchmechanische Analyse und Vorschlag eines Berechnungsmodells

Formschlüssige Holz-Holz-Verbindungen haben aufgrund der einfachen Herstellung und Montage eine lange Tradition und gleichzeitig ein großes Potenzial im modernen Holzbau. In den vergangenen Jahren wurde u. a. die Zapfenverbindung sukzessive an die CNC-Produktionstechniken angepasst und weiterentwickelt. Mit schwalbenschwanzförmigen Zapfen wurden so die Montageabläufe und bei der gereihten Zapfenverbindung die Tragfähigkeit entscheidend verbessert. Experimentelle Untersuchungen zeigten, dass bei allen auf der Zapfenverbindung basierenden Verbindungstypen das Versagen von der Rissentwicklung am Zapfen eingeleitet wird. Hohe Querzug- und Schubspannungen in der Rissebene führen dann, wie bei ausgeklinkten Trägerauflagern, zum Versagen des Bauteils. In dem folgenden Beitrag wird eine Bemessung von Zapfenverbindungen mit Bezug zu dem Konzept vorgeschlagen, welches der Eurocode 5 für die Ausklinkung bereithält. Dies basiert auf der bruchmechanischen Auswertung des Rissprozesses und wird dann zu einem Nachweis mit Bezug auf die Schubfestigkeit umformuliert. Das entwickelte Modell zeigt sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen. Durch die Analyse der Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen an Zapfenverbindungen konnte eine Zuverlässigkeitsanalyse der aufgestellten Bemessungsgleichung durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Bemessungskonzept für den Grenzzustand der Tragfähigkeit ist als Erweiterung der Bemessung für ausgeklinkte Trägerauflager konzipiert und auf unterschiedliche Zapfenverbindungen anwendbar.