Modeling the long-term behavior of structural timber for typical serviceclass-II-conditions in South-West Germany

Abstract

Creep deformation influences the serviceability limit state as well as the ultimate limit state of timber structures. In order to consider this time-dependent behavior, creep coefficients and rheological models have been developed by various researchers. Comparing the rheological models, quite different temporal deformations are evaluated for a duration of load of 50 ears. In order to find the model, which is most suitable to the situation in the region of Tübingen, South-West Germany, the existing deformations of several beams in roof structures in opened, protected but not heated buildings are measured. By loading the structure the elastic global stiffness of the particular element is determined. So creep coefficients can be evaluated, which should have been used by the engineer in order to get the existing deflection fter 50 years. Within the region of Tübingen, on average a creep coefficient of 2.23 was found based on these measurements. However, the standard deviation of 0.97 is quite large. For the numerical evaluation of the time-dependent behavior Toratti’s model is modified, so that it matches the measured deformations. This modified model is verified by an additional set of measurements in the region of Breisgau-Hochschwarzwald, where the influence of the snow on the creep coefficient has to be taken into account. However, the application of the modified model takes too much time due to the numerical solutions of the single time steps. By means of a case study, functions are fitted to the results of the models in order to develop “simple” functions for the determination of the creep coefficient with respect to the main influences. The creep deformation influences the ultimate limit state especially in composite structures or elements subjected to compression. For this reason, the influence of the increased creep strain is approximated for columns, in order to reach the same safety level as proposed in the current regulations in DIN 1052. Additionally, the design procedure for timber-concrete-composite structures is modified in order to consider the increased creep coefficients.

Kriechverformungen beeinflussen sowohl die Gebrauchstauglichkeit als auch die Tragfähigkeit. Um diesen Einfluss zu erfassen, wurden in der Literatur verschiedene rheologische Modelle und Kriechzahlen entwickelt. Werden diese Modelle und Kriechzahlen miteinander verglichen, zeigt sich, dass größere Unterschiede bei einer Vorhersage der Kriechverformung nach 50 Jahren auftreten. Um nun das zutreffendste Modell zu bestimmen, wurden in der Region um TÜbingen, Südwestdeutschland, die vorhandene Verformung von Sparren bei geschützten aber unbeheizten Bauwerken bestimmt. Durch die Probebelastung wurde die integrale Steifigkeit des Bauteils bestimmt, so dass Kriechzahlen basierend auf diesen Messungen ermittelt werden konnten, die der planende Ingenieur hätte verwendet hätte müssen, um die Verformung nach 50 Jahren zu bestimmen. Basierend auf diesen Messungen konnte für die Region um Tübingen eine Kriechzahl von 2,23 ermittelt werden, wobei die Standardabweichung mit 0,97 relativ groß ist. Für die numerische Ermittlung der Kriechzahlen wurde das rheologische Modell nach Toratti derart modifiziert, dass eine ausreichende Genauigkeit zu den Messwerten vorlag. Für eine Verifikation wurden weitere Messungen in der Region Breusgau-Hochschwarzwald verwendet. Für eine praktische Anwendung sind die Modelle allerdings zu komplex. Daher wurden "vereinfachte" Gleichungen basierend auf den numerischen Ergebnissen der Modelle entwickelt. Da das Kriechen die TRagfähigkeit insbesondere von druckbeanspruchten Bauteilen und Verbundträgern beeinflusst, wurde die Grenze, ab der Kriechen bei der Bemessung von Stützen unberücksichtigt bleiben darfm, für die neuen Kriechzahlen ermittelt. zusätzlich wurde das Bemessungsverfahren für Holz-Beton-Verbunddecken im Hinblick auf die höheren Kriechzahlen modifiziert.