Show simple item record

dc.contributor.advisorMalo, Kjell Arne
dc.contributor.authorMestvedthagen, Jakob
dc.contributor.authorVasland, Kjetil
dc.date.accessioned2021-11-30T18:19:19Z
dc.date.available2021-11-30T18:19:19Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:78584794:18090443
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2832188
dc.descriptionFull text available on 2024-06-29
dc.description.abstractMasteroppgaven er en del av forskningsprosjektet; WOOD frame SOLutions for free space design i urban buildings. Én del av Woodsol-prosjektet er å utvikle momentstive rammesystem som vil tillate større spennvidde og mer arkitektonisk frihet i designprosessen av trebygninger. For en åtte etasjers bygning kreves det minst 12 500 kNm/rad per forbindelse for å oppfylle bruksgrensetilstand for vindlast. To forskjellige momentstive forbindelser ble testet i denne masteroppgaven. Den eksperimentelle testen ble utført i fullskala ved bruk av åtte gjengede stenger skrudd inn i søylen og fire gjengede stenger skrudd inn i bjelken. Konfigurasjon 1 bruker tre stålplater som er koblet sammen med fire høyfaste friksjonsbolter. Konfigurasjon 2 bruker tolv spesiallagde braketter festet til gjengestengene som kobles sammen på en stålplate med seks høyfaste friksjonsbolter. Begge søylene hadde en lengde på 3500 mm, og et tverrsnitt på 140x450mm2. Bjelkene hadde en lengde på 2250 mm og et tverrsnitt på 140 x 405mm2. Forbindelsen ble lastet med en punktbelastning, P, 2.3 m fra søylekanten. Limtre med av kvalitet GL30c ble brukt til alle trestykkene. Begge konfigurasjonene ble testet med ensidig syklisk belastning, syklisk om null last og kapasitet. Konfigurasjon 1 ble bare testet med en periode, mens konfigurasjon 2 ble kjørt med perioder som varierte fra 40 til 0,2 sek. Konfigurasjon 2 ble også testet med bare de to innvendige eller de to ytre boltene festet. For configurasjon 2 ble det funnet egenfrekvenser ved hjelp av modal hammer forsøk. Det ble utført en dynamisk analyse ved bruk av Abaqus for å estimere stivheten til trevirket med de innfestede gjengestengene. Abaqus-modellen anslår at sonene der gjengestengene er skrudd inn trevirket vil være mye stivere enn selve trevirket alene. Egenskapene til disse sonene bør undersøkes nærmere. En analytisk modell har blitt utledet basert på en litteraturstudie. Den analytiske modellen estimerer rotasjonsstivheten for forbindelsen og utnyttelsesgraden av gjengestengene. Resultater fra den analytiske modellen underestimerer rotasjonsstivheten i alle deler av forbindelsen, så modellen bør undersøkes nærmere. Den analytiske uttakskapasiteten ser ut til å samsvare godt med kapasitetsresultatene, mens knekk kapasiteten til gjengestengene blir underestimert. Konfigurasjon 1 hadde en stivhet på 8 477 kNm/rad for det positive momentet, 6 653 for det negative momentet og 6 049 kNm/rad for syklisk belastning om null. Konfigurasjon 2 hadde en gjennomsnittlig stivhet på 11 489 kNm/rad, 11 180 kNm/rad og 8 774 kNm/rad for henholdsvis de positive momentene, de negative momentene og den sykliske belastede momentene om null. Testene med kun to aktive bolter antydet at stivheten er proporsjonal med den indre momentarm, z, ikke z kvadrert. Maksimalt belastet moment var 118,2 kNm og 130,2 kNm. Kapasiteten ble begrenset av sprekker parallelt med fibrene i søylen. Begge konfigurasjonene viste lovende energidissipasjon og viskøse dempningsverdier. Viskøs demping var i området av 3.5% for begge konfigurasjonene.
dc.description.abstractThe master thesis is a part of the research project; WOOD frame SOLutions for free space design in urban buildings (abbr. WOODSOL). One part of the Woodsol-project is to develop a moment-resisting frame system, which will allow for greater spans and more architectural freedom in the design process of timber buildings. For an eight-story building, it is required at least 12 500 kNm/rad per connection to fulfill the serviceability criteria for wind load. Two different moment-resisting connections were tested in this master thesis. The experimental tests were performed in full-scale using eight threaded rods inserted in the column and four threaded rods inserted in the beam. Configuration 1 uses three steel plates connected with four high-strength friction grip bolts as the connector. Configuration 2 uses twelve custom-made brackets attached to the threaded rods connected to one steel plate with six high-strength friction grip bolts. Both columns had a length of 3500 mm, and a cross-section of 140x450 mm2. The beams had a length of 2250 mm and a cross-section of 140x405 mm2. The connection was loaded with an external point load, P, 2.3m from the column edge. Glulam with a quality GL30c was used for all timber elements. Both configurations were tested with one-sided cyclic loading, a fully reversed cyclic moment, and capacity. Configuration 1 was only tested with one period, while configuration 2 was tested with periods varying from 40s to 0.2s. Configuration 2 was also tested with only two inner or the two outer bolts being active. Eigenfrequencies were found with a modal hammer for configuration 2. A dynamic analysis using Abaqus was performed to estimate the stiffness of timber with embedded threaded rods. The Abaqus model estimates the zones where threaded rods are embedded into the timber to be much stiffer than the timber itself. The properties of these zones should be further investigated. There was also established an analytical model based on a literature study. The analytical model estimated the rotational stiffness for the connection and utilization of threaded rods. This model underestimates the rotational stiffness at all parts of the connection and needs to be investigated further. The analytical withdrawal capacity seems to correspond well with capacity results, while the buckling capacity underestimates the beam rod capacity. Configuration 1 had a stiffness of 8 477 kNm/rad for positive moment, 6 653 for negative moment and 6 049 kNm/rad for fully reversed cyclic loading. Configuration 2 had a stiffness of 11 489 kNm/rad, 11 180 kNm/rad and 8 774 kNm/rad for positive moment, negative moment and fully reversed cyclic loading, respectively. The tests from inner and outer bolts suggested that the stiffness is proportional to the internal lever arm, z, not z squared. The maximum moment was 118.2 kNm and 130.2 kNm. The capacity was limited by cracks parallel to fibres in the column. Both configurations showed promising energy dissipation and viscous damping values. The viscous damping was in the range of 3.5 % for both configurations.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleMoment resisting timber connection using threaded rods and steel coupling parts
dc.typeMaster thesis


Files in this item

FilesSizeFormatView

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record