Verschiedene Materialiensich ergänzen sich
Im Bauwesen wird die Übertragung von Kräften meist durch legierte Stähle vollzogen. Faserverbundwerkstoffe sind in ihrer Festigkeit und Steifigkeit meist höher. In der Textiltechnik wird in dieser Richtung deshalb fleissig geforscht.
In der Natur ist die Faser ein erfolgreiches Prinzip zur Übertragung von Kräften. Dieses Prinzip wurde in der Technik erfolgreich auf Faserverbundwerkstoffe übertragen, deren Festigkeit und Steifigkeit höher sind als jene legierter Stähle, und dies bei weniger als einem Drittel des Gewichts. Faserverbundwerkstoffe werden eingesetzt, wo hohe Beanspruchungen bei geringem Gewicht auf kleinem Raum übertragen werden müssen. Trotz wirtschaftlicher Hürden dringen Faserverbundwerkstoffe in das Bauwesen ein, und es ist anzunehmen, dass insbesondere Materialien künftig davon profitieren, die sinnvolle Verbünde mit diesen Werkstoffen eingehen können.
Dieser Verbund schafft Synergien. Das Holz profitiert von den herausragenden mechanischen Eigenschaften und der Dauerhaftigkeit des Komposits sowie der Möglichkeit der beanspruchungsgerechten Orientierung der Fasern; die Faserverbundwerkstoffe gewinnen durch den geringen Preis sowie durch die Schönheit und Umweltfreundlichkeit des Holzes. Darüber hinaus steift das dicke Formholzrohr die dünne Bewehrung aus und verhindert somit deren Ausbeulen.
Faserverstärkte Laminate werden heute im grossen Umfang zur bautechnischen Instandsetzung und Verstärkung verwendet. Wenn man zur besseren Handhabung auf fertige Laminate verzichtet, müssen lose Fäden oder Textilien untereinander zu ebenen oder räumlichen Flächengebilden fixiert werden. Die Herstellung derartiger textiler Strukturen ist Gegenstand der Textiltechnik.
Textilien können hinsichtlich ihrer Struktur eingeteilt werden. Begriffe wie Gewebe, multiaxiales Gelege oder Gestricke kennzeichnen Verlauf und Bindung der Fäden und damit die mechanischen Eigenschaften des Komposits. Um eine hohe Steifigkeit zu erzielen, muss ein gestreckter Faserverlauf angestrebt werden. Gewebe und Gestricke hingegen weisen einen welligen Verlauf von Fäden und Maschen auf.
Die Orientierung der Fasern in biaxial verstärkten Gestricken, Gesticken oder multiaxialen Gelegen erlaubt eine beanspruchungsgerechte Verstärkung. Gelege haben hohe Festigkeit und Steifigkeit. Gestricke weisen leicht verschiebliche Maschen auf und besitzen daher eine gute Drapierbarkeit, sodass diese sich zur Bewehrung räumlicher Strukturen eignen. Die Integration gereckter Hochleistungsfäden in die Maschen schafft zusätzliche Steifigkeit, sodass räumliche Gestricke auch zur Verstärkung tragender Anwendungen geeignet sind.
Das Tragverhalten von Holzkonstruktionen wird häufig von der Verbindung bestimmt, deren Verhalten durch Schlupf, Steifigkeit, Traglast und Duktilität gekennzeichnet ist. Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und ästhetisches Erscheinungsbild von Holzkonstruktionen sind eng mit der Verbindungstechnik verknüpft.
Heutige Konstruktionen verwenden meist stabförmige Verbindungsmittel aus Stahl, bei denen das Holz infolge geringer Schub- und Querzugfestigkeit spröde versagt. Höhere Lasten müssen unter Einhaltung von Rand-, End- und Zwischenabständen durch eine Gruppe von Verbindungsmitteln übertragen werden. Eine Möglichkeit, das Tragverhalten der Verbindung zur verbessern, besteht in der Verstärkung des Verbindungsbereiches, wodurch die Schub- und Querfestigkeit erhöht wird.
Neue Ansätze in der Verbindungstechnik
Der Entwurf von Verbindungen ist untrennbar verknüpft mit der Form des Querschnitts. Das Zimmererhandwerk verfügt über ein umfassendes Repertoire an Verbindungen, die meist druckbeansprucht sind und bei mässigen Traglasten spröde versagen.
Leim- und Dübelverbindungen des Ingenieurholzbaus umgehen diese Nachteile. Da der Vollquerschnitt bezüglich der Fläche nur eine geringe Oberfläche aufweist, muss dieses Verhältnis durch zusätzliche Schnitte zur Aufnahme der Stahlbleche vergrössert werden.
Die Verwendung von Formholzprofilen, die im vorherigen Abschnitt beschrieben wurden, führt zu anderen Lösungen. Das grosse Verhältnis von Oberfläche zu Flächeninhalt wirkt sich günstig auf das Verbinden aus. Für Formholzprofile liegt ein neues Verbindungskonzept nahe, das darin bestehen kann, einen massiven Kern in die lichte Weite des Rohres einzuführen. Diese Art des Fügens weist Analogien mit Baumverzweigungen auf, die keine einspringenden Ecken aufweisen, an denen sich hohe Spannungskonzentrationen ausbilden könnten. Darüber hinaus ist der Querschnittsverlauf dem Biegemoment angepasst: je höher das Moment, desto grösser der Querschnitt, besonders am Ansatz. Und schliesslich ist der Faserverlauf der Beanspruchung optimal angepasst, ein Prinzip, das erfolgreich zur Optimierung mechanischer Teile angewandt wird.
Infolge des Krümmungsradius kann die Verzweigung Querzugspannungen aufweisen.
