PROJEKT- UND DIPLOMARBEITEN

Hinweise
Die hier aufgeführten Themen eignen sich grundsätzlich sowohl für Diplom- als auch Projektarbeiten. Jede Aufgabe wird entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Moduls angepasst. Bei Interesse wenden Sie sich bitte an die angegebenen Kontaktpersonen. Eigene Themenvorschläge können ebenfalls gerne mit uns besprochen werden.

1. Experimentelle Analyse des Rückfedereffekts beim Biegen von Holz

Hartholz stellt, insbesondere im Bauwesen, aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften besondere Herausforderungen dar. Eine der zentralen Herausforderungen ist der Rückfedereffekt, der nach dem Biegen auftritt und die endgültige Form des Materials beeinflusst. Ziel dieser Forschung ist es, traditionelle Zugbänder, die häufig beim Holzbiegen verwendet werden, durch flexible Laminatmaterialien zu ersetzen, um räumliche plastische Verformungen zu ermöglichen und den Rückfedereffekt zu minimieren. Das Ziel ist eine umfassende Analyse des Materialverhaltens während des Biegens sowie die Entwicklung eines experimentellen Aufbaus zur Messung und Kontrolle des Rückfedereffekts.

Im Rahmen der Arbeit wird der/die Studierende die mechanischen Eigenschaften von Hartholz untersuchen, ein experimentelles Programm zur Simulation verschiedener Biegeszenarien entwerfen und Tests zur Bewertung der Verformung und des Rückfedereffekts unter verschiedenen Bedingungen durchführen. Der Schwerpunkt liegt auf der Analyse der Faktoren, die sowohl den Biegeprozess als auch den Rückfedereffekt beeinflussen, mit dem Ziel, effizientere und flexiblere Methoden für das Holzbiegen im Bauwesen zu identifizieren.

Details der Aufgaben werden vor Beginn festgelegt.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Jockwer

Siavash Namari

2. Finite-Elemente gestützte Bemessung von Holztragwerken

Die Finite-Elemente-Methode wird heute in zunehmendem Maße bei der Bemessung von Tragwerken eingesetzt. Dies wurde auch auf der Ebene der Normung erkannt, wo ergänzende Regeln für die Bemessung mit FEM entstehen, die die Bemessung von Stahl-, Beton- und Holztragwerken abdecken. Die Bemessung auf der Grundlage von FE-Analysen birgt jedoch häufig bestimmte Komplexitäten und Probleme, die angemessen berücksichtigt werden müssen, um zuverlässige und sichere Ergebnisse zu erhalten. Einige Leitlinien und Empfehlungen für die FEM gestützte Bemessung von Stahl-, Beton- und Holztragwerken sind bereits verfügbar. Es besteht jedoch noch Bedarf an umfassenderen und detaillierteren Studien in vielen Bereichen des Holzbaus und der spezifischen Eigenschaften des Holzes, welches insbesondere auch von unseren Kollegen in der Praxis häufig gefördert wird. Beispiele für Themen, die weiter untersucht werden sollten, sind:

• Einbeziehung des hygro-mechanischen und zeitabhängigen Verhaltens von Holz in Materialmodelle in FEM: Berücksichtigung von k_mod und k_def in der FEM-basierten Bemessung
• Berücksichtigung des nichtlinearen Last-Verformungsverhaltens von Verbindungen bei der Bemessung von Holztragwerken: Wie kann der Verschiebungsmodul und die Duktilität in einem Modell adäquat dargestellt werden und sind die angegebenen Werte zuverlässig?
• Einfluss der Streuung und Orthotropie des Holzes auf die FEM-basierte Bemessung: Ist der charakteristische Wert immer sicher oder sind weitere Bewertungen der Variabilität erforderlich?
• Kriterien für die parametrische Bemessung von Holztragwerken: Wie können die spezifischen Eigenschaften und Charakteristika des Holzes bei der Optimierung der parametrischen Bemessung berücksichtigt werden?

Details der Aufgaben werden vor Beginn festgelegt.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Jockwer

3. Hybride Holztragwerke und Verbundkonstruktionen

Die Kombination verschiedener Werkstoffe bietet die Möglichkeit, von den individuellen Stärken und Potenzialen der einzelnen Materialien zu profitieren. Holz-Beton-Verbund ist eine der Kombinationen, die die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Hybridtragwerke ermöglicht, z. B. für Fertigteildecken in Gebäuden oder für in Ortbeton gegossene Straßenbrücken. Dennoch gibt es eine Reihe von Herausforderungen, die bei der Planung, der Konstruktion und während der Nutzungsdauer des Bauwerks berücksichtigt werden müssen, z. B. die adäquate Scherverbindung zwischen beiden Materialien, der Einfluss der Feuchtigkeit während der Bauphase und der Nutzung oder das langfristige Verformungsverhalten unter individuellen Umgebungsbedingungen. Bei all dem müssen auch die Kosten und der Nachhaltigkeitsnutzen berücksichtigt werden.

Beispiele für Themenvorschläge in diesem Bereich

• Einfluss von Feuchtigkeit und des Klimas während der gesamten Lebensdauer von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen
• Zeitabhängiges Verformungsverhalten von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen
• Konzepte für dauerhafte und leistungsfähige Holz-Beton-Verbundbrücken
• Holz-Beton-Verbund als Aussteifungselement im mehrgeschossigen Hochbau

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Prof. Dr. Jockwer

4. Entwurf und Prüfung von Klebstofffreien Verbindungen für gebogene Holzkonstruktionen

Im Rahmen der Bemühungen, die Ressourceneffizienz im Holzbau zu verbessern, besteht die Notwendigkeit, Alternativen zu klebstoffbasierten Verbindungen in gebogenen Holzkonstruktionen zu erforschen. Diese Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung und Prüfung innovativer mechanischer Verbindungen, wie Dübel und Keile, die in gebogenen Holzelementen eingesetzt werden können. Ziel ist es, Verbindungsmethoden zu entwickeln, die die hohen Toleranzen bei gebogenem Holz berücksichtigen und gleichzeitig strukturelle Integrität und Flexibilität gewährleisten.

Im Rahmen der Arbeit wird der/die Studierende mehrere mechanische Verbindungsprototypen entwerfen und experimentelle Tests unter verschiedenen Lastbedingungen durchführen, um deren Leistungsfähigkeit zu bewerten. Der/die Studierende wird die Stärken und Schwächen jeder Verbindung analysieren und dabei insbesondere auf die Fertigungsbeschränkungen und die spezifischen Herausforderungen beim Bau mit gebogenem Holz achten. Die Ergebnisse sollen zur Entwicklung effizienterer und nachhaltigerer Baupraktiken mit Hartholz beitragen.

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Prof. Dr. Jockwer

Siavash Namari

5. Verbindungen im Holzbau

Verbindungen spielen bei der Bemessung und Konstruktion von Holztragwerken eine entscheidende Rolle. Die Spannungskonzentrationen um die Verbindungsmittel in Verbindungen, die induzierten mehrachsigen Spannungszustände und die reduzierten Querschnitte im Verbindungsbereich sowie das anisotrope und spröde Verhalten und die hohe Variabilität von Holz machen Verbindungen zu einer kritischen Komponente für das gesamte Tragwerksverhalten, die eine fundamentale Rolle für die Tragsicherheit und Wirtschaftlichkeit von Holzkonstruktionen spielen. Dieses komplexe Verbindungsverhalten ist in den bestehenden Bemessungsnormen bisher nur unzureichend berücksichtigt. Darüber hinaus werden bei der Bemessung und Zuverlässigkeitsanalyse ganzer Holzkonstruktionen die Auswirkungen des komplexen Verhaltens von Verbindungen, wie Nichtlinearität, Sprödheit und Duktilität, zyklisches Verhalten und Ermüdungsfestigkeit usw., häufig nicht berücksichtigt.

Beispiele für Themenvorschläge in diesem Bereich

• Dauerhafte und zuverlässige Verbindungen - wie lässt sich sprödes Versagen vermeiden?
• Feuchteeinflüsse auf Verbindungen und Möglichkeiten zur Verstärkung
• Kombinierte Belastung von Verbindungselementen in lateraler und axialer Richtung - sind die derzeitigen Bemessungsregeln sicher und wirtschaftlich?
• Reversible Verbindungen: Evaluation der bestehenden Techniken und Entwicklungspotential

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Prof. Dr. Jockwer

6. Bewertung bestehender Holztragwerke

Die steigende Zahl moderner Holztragwerke auch in hohen Konsequenzklassen in den letzten Jahrzehnten erfordert verstärkte Anstrengungen zum Erhalt ihrer Standsicherheit. Überwachung, Bewertung und Sanierung sind Maßnahmen, um dies zu erreichen. Triebfedern für die Instandhaltung dieser Bauwerke sind häufig die Verlängerung der Nutzungsdauer und die Notwendigkeit der Bewertung bei Nutzungsänderungen. Die Kriterien für die Instandhaltung sind in der Regel wirtschaftlicher Natur. Anstelle einer reinen Schadenserkennung, wie sie häufig bei der Erhaltung historischer Bauwerke durchgeführt wird, sollte bei modernen Hochleistungs-Holztragwerken zusätzlich eine zuverlässige Charakterisierung der effektiven (Material-)Eigenschaften des bestehenden Bauwerks angestrebt werden, um eine Beurteilung der Tragsicherheit und des Verhaltens in der Zukunft vornehmen zu können. Aufgrund der inhärent großen Variabilität der Materialeigenschaften von Holz und dem daraus resultierenden notwendigen Konservatismus in den Bemessungsannahmen (für neue Tragwerke) bietet die Aktualisierung der effektiven Materialeigenschaften der Bauteile in einem Tragwerk ein enormes Potenzial für eine realistischere Vorhersage der Tragfähigkeit.

Beispiele für Themenvorschläge in diesem Bereich

• Bewertung und Bestimmung von Materialeigenschaften in bestehenden Bauwerken
• Grundlage für die Bemessung bestehender Bauwerke: Probabilistische Modellierung, Aktualisierung und Festlegung von Teilsicherheitsbeiwerten bestehender Bauwerke
• Effiziente Sanierungs- und Verstärkungsmaßnahmen für bestehende Holztragwerke

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Prof. Dr. Jockwer

7. Entwurf für Anpassung, Wiederverwendung und Kreislauffähigkeit von Holzbauten

Bei der Planung und Gestaltung von Holzgebäuden sollten von Anfang an Aspekte der Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit berücksichtigt werden. Dabei sollten die Anforderungen und Vorteile aller am Bauprozess Beteiligten berücksichtigt werden. Zukünftig müssen Holzbauten nicht nur die grundlegenden Anforderungen der Bauvorschriften erfüllen, sondern auch auf mögliche künftige Änderungen der Anforderungen und Bedürfnisse vorbereitet sein. Daher muss der Entwurf robust sein und die Anpassung, Reparatur und Wiederverwendung des Gebäudes und seiner Bestandteile erleichtern. Bei der Anpassung geht es darum, die sich ändernden Anforderungen und Bedürfnisse der künftigen Nutzer des Gebäudes zu berücksichtigen, sowohl kurzfristig als auch langfristig, einschließlich der Anpassung tragender und nichttragender Elemente. Durch die Reparatur wird die Möglichkeit geschaffen, dass beschädigte tragende Komponenten, d.h. Teile der Struktur, leicht wiederhergestellt oder ausgetauscht werden können, was es ermöglicht, auf unvorhergesehene und unfallbedingte Fälle wie z. B. Wasserleckagen, lokale Wohnungsbrände usw. zu reagieren.

Beispiele für Themenvorschläge in diesem Bereich

• Ermöglichung und Erleichterung der Reparatur von Holzkonstruktionen
• Anpassungsfähigkeit als Mittel zur Verlängerung der Nutzungsdauer von Holztragwerken
• Design for deconstruction - Entwicklung von Konzepten für wiederverwendbare Verbindungen
• Sicher oder nachhaltig? Das Potenzial einer risikobasierten Entscheidungsfindung für Holzkonstruktionen

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Prof. Dr. Jockwer