Laboratorieforsøk og numerisk analyse av limtrebjelker med store skrueforsterkede hull

Abstract

Denne masteroppgaven er en oppfølgning av flere tidligere masteroppgaver om tilsvarende tema skrevet ved NTNU, og tar for seg utfordringene med store hull i limtrebjelkens side. Oppgaven er delt i to, der den første delen omhandler fysiske bøyeforsøk av totalt 66 limtrebjelker med store skrueforsterkede hull. I den andre delen er en numerisk analyse gjort av tilsvarende forsøk. Begge delene avsluttes med detaljerte analyser av resultatene, samt konklusjoner. Forsøksbjelkene ble levert av Kjeldstad Trelast og Moelven. 33 stykk fra hver leverandør og var henholdsvis av typen K-bjelken og S-bjelken. Bjelketypene ble delt opp i tre serier á 11 stykk, derav én serie uten hull, én med ett hull (diameter 170 mm), og én serie med to hull (diameter 170 mm). Alle hull var forsterket med selvborende skruer i hele bjelkens høyde. Analysen viste følgende: Bjelkeserier med hull røk ofte som følge av kvist og fingerskjøter uten direkte forbindelse til hull. Kvist og fingerskjøter i direkte forbindelse med forsterkningskruer bør unngås. Skruehode bør plasseres i overkant av bjelken. Bjelkeseriene med hull viste en mer forutsigbar bruddkapasitet med mindre varians innad i seriene. Den globale E-modulen til bjelkeseriene med hull viste seg å svekkes 8-9%. Samtlige bjelkeserier ble modellert i Abaqus og resultatene ble sammenlignet med de fysiske forsøkene. Det ble brukt kohesive soner i modellene for å simulere strekkbrudd på tvers av fibrene. Kapasitetsresultatene avviker maksimalt 9,8% for to av seriene, mens under 4,4% for resterende serier sammenlignet med de fysiske forsøkene. Kjente bruddformer ble også vellykket simulert.