Parvise gjengestenger påført aksial- og tverrlast i endeveden av limtrebjelker

Abstract

Denne oppgaven omhandler parvise gjengestenger innskrudd i endeveden av limtre påkjent av aksial- og tverrbelasting. For å undersøke styrken og stivheten til forbindelsen er det utført eksperimentelle forsøk og analytiske beregninger. Forsøkene ble utført på ulike konfigurasjoner med varierende innskruingslengder og vinkler i forhold til fiberretning. Tidligere studier på dette området har hovedsakelig omhandlet enkle gjengestenger, og gjengestenger innskrudd på kanten av bjelken med store vinkler til fiberretningen. Det er derfor et behov for mer forskning på parvise gjengestenger som er innskrudd i endeveden, med lav vinkel mellom gjengestangen og fiberretning.

De eksperimentelle forsøkene omfattet tre konfigurasjoner: konfigurasjon E med en gjengestang, konfigurasjon D med doble gjengestenger stående parallelt, og konfigurasjon V der to gjengestenger dannet en V-formasjon i trestykket. Hver konfigurasjon ble testet med tre ulike innskruingslengder på 650 mm, 880 mm og 1000 mm, hvor deformasjon ble målt ved 50 % av innskruingslengden. Det ble også endret på vinkelen mellom fiberretning og gjengestangen. For hver lengde ble det testet med vinkler på 5°, 10° og 15°. Totalt ble det utført 62 forsøk for å evaluere styrken og stivheten til forbindelsen. Det ble benyttet gjengestenger med en ytre diameter på 22,4 mm, som ble skrudd inn i prøvestykket etter forboring. Hvert prøvestykke ble instrumentert med LVDT-måleinstrumenter for å registrere deformasjoner. Til slutt ble dataene analysert, og stivhetsverdier ble beregnet fra kraft-forskyvningsgrafene som ble plottet.

Resultatene viser at det er flere parametere som påvirker stivheten til forbindelsen. Parameterne som har en påvirkning er; konfigurasjon, lastsituasjon, vinkel til fiberretning, og målelengden. For stivhet er det testet fem forskjellige lastsituasjoner; syklisk strekk, syklisk trykk, full syklisk belastning, og to strekkbelastninger i kapasitetsforsøkene.

De fleste parameterne viste seg også å påvirke styrken til forbindelsen. Til forskjell fra stivhet, er innskruingslengden en faktor istedenfor målelengden. Økt lengde og vinkel førte til økning i kapasiteten. Kapasiteten økte opp til gjengestangens maksimale kapasitet på 210 kN for konfigurasjon E, og for konfigurasjon D og V opptil jekkens maksimale kapasitet på 395 kN. Økt vinkel har i tillegg effekten av å redusere spredningen i forsøksresultatene. Det ble også observert at kapasiteten til konfigurasjonene D og V var tilnærmet lik.

Resultatanalysen indikerte at beregningsmetoden utviklet av Stamatopoulos og Malo [1] viste den sterkeste korrelasjonen med laboratorieresultatene, spesielt for kapasiteten ved en vinkel på 15°. Det ble også bekreftet at beregningsmetoden foreslått i EC5draft [2] er en konservativ for lengdene og vinklene som ble testet. De analytiske beregningene av stivheten viste imidlertid svak korrelasjon med forsøksresultatene.

This thesis deals with pairs of threaded rods screwed into the end grain of glulam subjected to axial and transverse loads. To investigate the strength and stiffness of the connection, experimental tests and analytical calculations have been performed. The tests were performed on different configurations with varying screw-in lengths and angle-to-grain directions. Previous studies in this area have mainly dealt with simple threaded rods and threaded rods screwed into the edge of the beam at large angles to grain. There is therefore a need for more research on paired threaded rods screwed into the end web, with a low angle between the threaded rods and grain direction.

The experimental trials included three configurations: configuration E with one threaded rod, configuration D with two threaded rods in parallel, and configuration V where the two threaded rods formed a V-shape in the specimen. Each configuration was evaluated with three different screw-in lengths of 650 mm, 880 mm and 1000 mm, where deformation was measured at 50% of the screw-in length. The angle between the fiber direction and the threaded rod was also changed. For each length, angles of 5°, 10° and 15° were tested. In total, sixty-two tests were performed to evaluate the strength and stiffness of the connection. Threaded rods with an outer diameter of 22.4 mm were used, which were screwed in after pre-drilling and attached to a bracket. Each specimen was instrumented with LVDT measuring instruments to record deformations. Finally, the data was analyzed, and stiffness values were calculated from the force-displacement graphs that were plotted.

The results show that there are several parameters that affect the stiffness of the connection. The parameters that have an impact are configuration, load situation, angle-to-grain direction, and measurement length. For stiffness, five different load situations have been tested: cyclic tension, cyclic compression, full cyclic load and two tensile loads from the capacity tests.

Most of the parameters were also found to affect the strength of the connection. Unlike for stiffness, the screw-in length is a factor instead of the measurement length. Increased length together with increased angle led to an increase in capacity. The capacity increased up to the threaded rod's maximum capacity of 210 kN for configuration E and for configurations D and V up to the jack's maximum capacity of 395 kN. Increasing the angle also has the effect of reducing the scatter in the test results. It was also observed that the capacity of configurations D and V were approximately equal.

Analysis of the results indicated that the calculation method developed by Stamatopoulos and Malo [1] showed the greatest correlation with the laboratory results, especially for the capacity at an angle of 15°. It was also confirmed that the calculation method proposed in EC5draft [2] was a conservative for the lengths and angles tested. However, the analytical calculations of the stiffness showed weak correlation with the experimental results.