Tøyningsendringer rundt utsparinger i limtrebjelker forsterket med selvborrende skruer: Eksperimentelle tester og analytiske betraktninger

Abstract

Oppgaven er en del av et større prosjekt der målet er å få teorier for hvordan man bedre kan ta ut utsparinger i limtrebjelker, og om det ved hjelp av skruer som forsterkning er mulig å oppnå samme kapasitet som bjelker uten utsparing. Fullskalatester er nødvendige og oppgaven baseres på tidligere utførte kapasitetsforsøk og tøyningsanalyser, i tillegg til nye utførte forsøk. Oppgaven inkluderer en detaljert forklaring av metoden brukt til utførelse av forsøkene, og hvordan forsøksdata ble hentet ut fra det optiske målesystemet (Aramis). De mest brukte teoriene for styrkeanalyse av trekonstruksjoner presenteres. Oppgaven er tredelt:En tøyningsanalyse av fem kapasitetsforsøk på K-bjelker med sirkulær utsparing på 170 mm og forsterket av to selvborrende skruer plassert normalt på fiberretning er gjennomført. Analysen viser at en sprekk oppstår og vokser på grunn av at tøyningskonsentrasjonene i et område øker til et visst nivå. Tendensen er at sprekken utvikler seg når tøyningene vinkelrett på fibrene ved sprekktupp øker til mellom 1,3-1,8 %. Sprekkene stoppet i all hovedsak ved skrueplasseringen.20 nye kapasitetsforsøk med skrueplassering på 45° i forhold til fiberretningen, skrudd med to forskjellige kantavstander fra utsparing (2,0d og 0,5d) er blitt gjennomført. Resultatet fra disse forsøkene er at en slik skrueplassering er svært gunstig. Skruene gir bjelken økt stivhet slik at kapasiteten når tilnærmet hva en slik limtrebjelke med utsparing kan oppå. Et snitt av makslast på 18,2 kN er ikke langt ifra en bjelke uten utsparing på 23,0 kN. Skruene motvirker tøynings- og sprekkoppbygging langs utsparingene, og gjør at bjelken holder seg stabil fram til eventuell kollaps (strekkbrudd i underkant av utsparing) eller lokal utbøyning (Bruddmode 3).Spenningsintensitetsfaktoren K ble beregnet ut ifra tøyningsdata hentet i området rundt 5 sprekktupper. 100 K-verdier ble beregnet ved å kombinere lineær-elastisk bruddteori med spennings-tøyningsforhold. Beregnet K-verdi: K = 391,9 +/- 32,1 N/mm3/2.