Konseptstudie av trebaserte komposittdekker med mulighet for innspenning til limtresøyler

Abstract

Denne masteroppgaven inngår som en del av forskningsprosjektet WoodSol der hensikten har vært å utvikle et trebasert komposittdekke med mulighet for rotasjonsstiv forbindelse til limtresøyler. Arbeidsprosessen kan i hovedsak deles inn i fire hoveddeler. Først ble det gjort et litteraturstudium for å opparbeide nødvendig kunnskap om tilgjengelige dekkeløsninger på markedet, samt teoretisk grunnlag og annen forskning på området. Deretter ble seks typiske tredekker fra ulike produsenter og forskningsprosjekter med ulik materialsammensetning tatt med videre inn i en beregningsdel. I den innledende beregningsfasen ble alle dekkene modellert med skallelementer (S4R) i elementmetodeprogramvaren Abaqus/CAE. Her ble numeriske og analytiske beregninger sammenliknet og dekkene ble vurdert ut ifra materialkostnad, miljøpåvirkning, oppleggsforhold, bøyestivhet og dynamisk oppførsel. Fra denne beregningsfasen ser man generelt tendenser til at dekker med kontinuerlig bunnflens har noe lavere egenfrekvens på grunn av økt masse. Samtidig er første og andre egenfrekvens nærmest sammenfallende for dekkene med oppsplittet bunnflens. Det ble også utført en analyse for å kartlegge innvirkningen av innvendige tverrstivere. Denne viste at én kubberekke plassert i midten gir større effekt enn i fjerdedelspunktene. Med tanke på nedbøyning anbefales dette spesielt for dekker uten kontinuerlig bunnflens. På bakgrunn av et titalls numeriske analyser for ulike dekker er det observert at første egenfrekvens i gjennomsnitt øker med 20 % ved å gå fra punktopplegg i alle fire hjørner til innspent i begge ender. Etter en optimaliseringsprosess ble et dekke med kontinuerlig bunnflens, limtresteg og ker-toplater i topp og bunn tatt med videre til en eksperimentell fase der det ble bygget en full-skalamodell. Hensikten med denne fasen var å kunne vurdere hvor godt en numerisk modell kan representere virkeligheten. Dekket ble testet for egenfrekvens, ulike nedbøyningssituasjoner og akselerasjon ved ganglast for fem ulike testsystemer, som hver representerer et opplegg- eller tverrsnittsform. For nedbøyningsmålinger representeres virkeligheten best for dekke opplagt i hvert hjørne med en differanse på 5-6 %. Samlet sett reproduserer Abaqus et stivere dekke i 11 av 13 tilfeller, og ved økende innspenningsgrad ser man en generell ten-dens til at korrelasjonen mellom målt og modellert synker. For de to testsystemene som er opplagt på punktopplegg i hvert hjørne viser de numeriske beregningene at første og andre egenfrekvens med tilhørende svingemode representeres svært godt. I likhet med nedbøy-ningsmålingene observeres det også store forskjeller mellom målte og modellerte resultater for de innspente testsystemene. Dekkets bøyestivhet ble estimert til å være 80 % av teoretisk bøyestivhet, inkludert skjærbidrag. Den målte dempingen ligger i området 0,7 1,2 %, noe som tyder på et godt samvirke mellom komponentene i dekket. Akselerasjonsmålingene viste seg vanskelig å simulere nøyaktig, spesielt sideveis og i lengderetning. De beste akse-lerasjonsresultatene oppnås for punktopplegg i vertikal retning, der Abaqus gir konservative verdier. Testriggens rotasjonsmotstand ved innspent løsning ble analytisk beregnet til å være i områ-det 16.000 kNm/rad. Denne rotasjonsmotstanden viste ingen tegn til forbedrede egenskaper for dekket i noen av testene. I en reel brukssituasjon der dekket er koblet til limtresøyler vil dekket kunne bidra med stivhet til søylene via forbindelsen. Dette vil ha en positiv innvirk-ning på den globale stabiliteten og gjør at rammeeffekten ivaretas.