Trykk vinkelrett på fiberretningen i treelementer

Abstract

Krysslaminerte tre-elementer (Cross-laminated timber (CLT)) erstatter i økende grad flere ikke-fornybare konstruksjonskomponenter. Dette skyldes CLT-platers betydelige potensialt som to-dimensjonale bæreelementer. Ved prosjektering med CLT-plater må man vurdere ulike parametere, deriblant trykk vinkelrett på treets fiberretning.

Nåværende Eurokode 5 har ingen beregningsmetoder for CLT-elementer. Derfor er en ny Eurokode under utredning, der det er foreslått en øvre grense for trykkspenninger ved last vinkelrett på fiberretningen i CLT-elementer. Uttrykket for denne grensen er blant annet avhengig av en faktor kp. Verdien av kp endres etter hvor store deformasjoner konstruktøren tillater i konstruksjonen. Store deler av denne oppgaven går ut på å vurdere de foreslåtte verdiene for kp-faktoren i kommende Eurokode 5 basert på data fra tidligere eksperimentelle forsøk med trykk vinkelrett på fiberretningen i limtre- og CLT-elementer.

I oppgaven er det også utført flere numeriske modelleringsforsøk. Basert på overnevnte data er det i modelleringsprogrammet ABAQUS, ved bruk av FEM-modellen (Finite Element Method), modellert tilsvarende oppsett som i de eksperimentelle testene. Resultatene fra ABAQUS er satt opp imot resultatene fra de eksperimentelle forsøkene. Ved å endre variabler i ABAQUS slik at disse resultatene blir tilfredsstillende like, har et endelig forslag til modelleringsmodell blitt utarbeidet. Denne modelleringsmodellen har så blitt anvendt til å modellere 7-lags CLT-elementer.

I denne studien er beregnet kp-verdi ved 2,5%-, 10%- og 20%-tøyning lavere enn foreslåtte verdier i kommende Eurokode 5, og forskjellen øker med økende tøyning. Det betyr at kommende Eurokode 5 tillater større spenninger ved trykk vinkelrett på fiberretningen enn hva resultatene i denne oppgaven tilsier er tilrådelig.

Den forenklede modelleringsmodellen i ABAQUS kan brukes som en indikator på spenningsnivået som oppstår ved trykk vinkelrett på fiberretningen. Modellen baserer seg på for lite data til at den kan verifiseres som et prosjekteringsverktøy.

Today, cross-laminated timber (CLT) elements are replacing multiple non-renewable construction components. This is due to the potential of CLT panels as two-dimensional load-bearing elements. During construction design using CLT panels, various parameters need to be controlled, including compression perpendicular to the grain.

The current Eurocode 5 does not provide calculation methods for CLT elements. Therefore, a new Eurocode is under development, proposing an upper limit for compression stress when loaded perpendicular to the grain in CLT elements. The expression for this limit depends, among others, on a factor called kp. The value of the kp factor varies based on the allowed deformations determined by the designer. A substantial part of this study aims to examine the reasonableness of the proposed values for the kp factor in the upcoming Eurocode, based on data from previous experimental tests on compression perpendicular to the grain in glued-laminated timber and CLT elements.

Additionally, several numerical modeling attempts have been performed in this study. Based on the aforementioned data, equivalent setups as the experimental tests were modeled in the modeling software ABAQUS using the Finite Element Method (FEM). The results from ABAQUS were compared to the results from the experimental tests. By adjusting variables in ABAQUS to match these results, a final proposal for the model was developed. This model was then used to test 7-ply CLT elements.

The calculated kp values in this study are consistently lower than the proposed values in the upcoming Eurocode 5 at 2.5%, 10%, and 20% strain, and the difference increases with increasing strain. This means that the upcoming Eurocode 5 allows for higher compression stress perpendicular to the grain than what this study suggests.

The simplified model in ABAQUS can be used as an indicator of compression stress that will occur when loaded perpendicular to the grain. However, the model relies on insufficient data to verify it as a design tool.