Theoretische Modelle zum Verbundtragverhalten von Holzschrauben für die Schraubengestaltung

Holzschrauben sind wichtige Verbindungselemente für Holz‐Holz‐ oder Holz‐Stahl‐Bauteile und eignen sich zur Querdruckverstärkung. Bei diesen Verbindungen ist die maßgebende Eigenschaft die Tragfähigkeit, welche durch die Verbundwirkung zwischen Schraubengewinde und Holz bestimmt wird. Für die Gestaltung von Holzschrauben fehlen bislang geeignete Modelle, welche den Zusammenhang zwischen der Gewindegestalt und der Funktion Ausziehtragfähigkeit beschreiben. Ziel dieses Beitrags ist die Betrachtung der Modelle zum Verbundtragverhalten von Holzschrauben unter dem Gesichtspunkt der Schraubengestaltung. Als Ergebnis werden vier Anforderungen an Verbundtragmodelle für die Gestaltung aufgezeigt und eine Modellerweiterung vorgestellt. Die Erweiterung zur Spannungsverteilung bez. des Rotationswinkels zur Schraubenachse wird anhand von gefärbten Rissbildern experimentell untersucht. Die Nutzung der Modellerweiterung für die Gestaltung wird am Gewindeparameter Flankenwinkel aufgezeigt. Verbesserte Modelle zum Verbundtragverhalten können von Herstellern zur Optimierung der Schraubengeometrie genutzt werden sowie die Bestimmung eines wirtschaftlichen und gleichzeitig sicheren Bemessungsansatzes ermöglichen. Der Holzbau profitiert somit von höheren Tragfähigkeiten und einer höheren Zuverlässigkeit der Schraubenverbindung. Models for the bond behavior of wood screws for design Wood screws are important fasteners for timber‐to‐timber or timber‐to‐steel‐connections as well as for compression reinforcement of beams. For these joints, the decisive property is the load‐bearing capacity, which is determined by the bonding mechanisms between the screw thread and the wood. For the design of wood screws, there is a lack of suitable models that describe the relationship between the thread design and the load‐bearing capacity. This paper aims to examine the models of the bond behavior of wood screws from the point of view of design. As a result, four requirements on load‐bearing models for the design are shown and a model extension is presented. The extension to the stress distribution concerning the rotation angle to the screw axis is investigated experimentally using colored crack patterns. The use of the model for design is shown on the parameter flank angle. Improved models of the bond behavior can be used by manufacturers to optimize the screw geometry as well as to enable of a safe and economic design approach. Timber engineering thus benefits from withdrawal capacities as wel