Mulighetsstudie for bruk av trebaserte komposittmaterialer i platebruer

Abstract

De siste tjue årene har det blitt større fokus på bruk av treverk i store konstruksjoner. Brukonstruksjoner har også blitt med på denne bølgen, og det har ført til mer bruk av treverk i både store og små brukonstruksjoner. Treverk er særlig egnet i platebruer, med sin lave byggehøyde og håndterbarhet. Det hittil mest suksessrike dekket for platebruer er det tverrspente dekket. En evaluering som ble gjennomført i 2014 viste at dette dekket ikke var helt problemfritt, da nedbøyningene som oppstod i dette dekket over tid var større enn beregnet, det er enda usikkert hva som er årsaken til den ekstra nedbøyningen, men det antas at det kommer av fuktighet. Den samme rapporten pekte på at platebruer av krysslimt tre enda ikke er noe særlig utprøvd, men kan være en god kandidat som dekke i platebruer. Sannsynligvis vil et dekke av krysslimt tre være utsatt for den samme nedbøyningen som det tverrspente dekket, så det forutsettes at det problemet løses først. Denne oppgaven fokuserer på hvordan et dekke av krysslimt tre kan brukes som dekke i en platebru. Brua ble modellert og analysert i elementmetodeprogrammet RFEM. Det ble sett på maksimal deformasjon, maksimal skjærspenning og maksimal bøyespenning. Underveis ble det endret på ulike parametere i det krysslimte dekket, for å se hvilken effekt det hadde på deformasjonen, skjærspenningen og bøyespenningen. Det ble endre på tykkelsen på lagene, antallet lag, kvaliteten på lagene og vinkelen på tverrlagene. Resultatene viste at et dekke av rent krysslimt tre vil holde, men dekket kan bli ganske høyt. Ved å bytte ut noen av tverrlagene av krysslimt tre med noen lag av sterkere materialer kan høyden på dekket bli betraktelig lavere. Ved å bytte ut treet i to av tverrlag med to lag av stål eller aluminium ble styrken i elementet værende den samme, selv om høyden på elementet ble lavere.

The last twenty years there has been a growing focus on using timber in large constructions. Bridges has also seen the same development and this has caused a lot of smaller as well as larger bridges to use more timber in their constructions. Timber is particularly suited for plate bridges, with its ease of handling and low build height. So far, the most successful use case for timber is for stress laminated timber bridge. A study done in 2014 shows that this design had some challenges with higher deflection than anticipated, this is presumed to be due to not properly accounting for the effects of humidity on the material. In the same study showed that plate bridges with cross laminated timber elements have not to a large extent been tested, but this may be a good option for the deck on plate bridges. A deck of cross laminated timber on a plate bridge will likely be exposed to the same forces as the stress laminated timber bridge, for the stress laminated timber bridge to be viable, the challenges with deflection need to be accounted for first. This paper focuses on how a cross laminated timber can be used as a deck for plate bridge. The bridge is modelled and analysed in Finite Element Method program RFEM. The cross laminated timber material was optimized for maximum deflection, bending and shear stresses. The parameters used to optimize the material are the thickness and quantity of the plies, the angle between the plies and the quality of each ply. All of these parameters were optimized to evaluate their effect on stresses and deflection. The results show that regular cross laminated timber will do the job adequately, but the deck may get quite thick. By changing some of the plies with stronger materials, for example steel or aluminium, the strength of the deck can remain the same while a reduction in height can be made.