FE-analyse av krysslimte (CLT) og diagonallimte (DLT) massivtre-elementer med henblikk på skjærstivhet.

Abstract

Tre som byggemateriale har sterke tradisjoner i Norge. Materialet har lav egenvekt , høy styrke, god isoleringsevne, god varmelagringskapasitet og er miljøvennlig. Tre er enkelt å bearbeide, og Norge har god tilgjengelighet til materialet. Behovet for miljøeffektive og fornuftige konstruksjonssystemer var grunnlaget for at det ble utviklet bygningselementer i massivtre som har sitt opphav fra tverrspente brodekker. Denne oppgaven er en av mange tidligere masteroppgaver som er en del av forskningsprosjektet Wood/Be/Better koordinert av Arkitekthøyskolen i Oslo (AHO) og finansiert av Norges Forskningsråd. Oppgaven tar utgangspunkt i studiet til I.Bejtka fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) publisert 2011. Han tar for seg krysslaminerte massivtre-elementer (Cross Laminated Timber, CLT) og diagonallaminerte massivtre-elementer (Diagonal Laminated Timber, DLT) med henblikk på nedbøyning av bjelkeelementer. I denne oppgaven er det bygget opp tolv veggmodeller i DLT og seks veggmodeller i CLT i Finite Element-programmet ANSYS Mechanical APDL. Blant DLT-veggene er det seks hele vegger og seks vegger med utsparinger. Blant CLT-veggene er tre hele vegger og tre vegger med utsparinger. DLT hele vegger og vegger med utsparinger er analysert med henblikk på skjærstivhet og sammenliknet med CLT hele vegger og vegger med utsparinger. Sjiktstørrelse er eneste parameter som er undersøkt. I krysslimte massivtre-elementer blir det meste av kreftene, grunnet skjærstrømmer, tatt opp som ren skjærdeformasjon av bordene, rulleskjær og torsjon i limfugen mellom sjiktene. I diagonallimte massivtre-elementer blir det meste av kreftene, grunnet skjærstrømmer, tatt opp av diagonale bord som trykk- og strekkstaver i tillegg til ren skjærdeformasjon og noe rulleskjær. DLT gir mindre torsjonsvirkning i limfugen mellom sjiktene enn CLT og de diagonale bordene fungerer mer som en lang rekke med avstivere. Analysene i ANSYS viser at DLT (diagonale bord lik -45° og 45°) er et vesentlig stivere massivtre-element enn CLT (vinkelen mellom stående bord og liggende bord lik 90°) utsatt for skjærstrømmer forårsaket av horisontal vindpåkjenning. For hele vegger er DLT omtrentlig tre og en halv gang stivere enn CLT og for vegger med utsparinger er DLT omtrentlig to ganger stivere enn CLT.

Using wood as a building material has a strong tradition in Norway. Wood is a unique material. It is multicomponent, hygroscopic, anisotropic, biodegradable and renewable. Wood is a highly accessible material in Norway. This M.Sc. thesis is a part of the WOOD/BE/BETTER project, funded by The Research Council of Norway trough the BIONÆR/BIONAER research programme. Six cross laminated (CLT) and twelve diagonal laminated (DLT) timber panels are modelled in ANSYS. Among the DLT panels there are six entire panels and six panels with recesses. Among the CLT panels there are three entire panels and three panels with recesses. Finite Element analysis with respect to shear displacement of DLT and CLT elements are conducted using ANSYS Mechanical APDL 15.0. The modelling is based on the studies of cross (CLT) and diagonal (DLT) laminated timber as innovative material for beam elements by I.Bejtka published in 2011. The board thickness in the DLT and CLT panels is the only parameter studied. In CLT panels most of the acting shear forces is obtained as shear deformation of each single boards and torsion in the glued interfaces between the broad sides of the boards. In addition some of the shear forces is also obtained as rolling shear. In DLT panels most of the acting shear forces is obtained in the diagonal boards and also as shear deformation of the single boards. The diagonal boards act as a truss-framework absorbing compressive and tensile stresses reducing the effect of torsion in the glued interfaces between the broad sides of the boards. In addition small quantity of the acting shear forces is also obtained as rolling shear. The results of the Finite Element analyses show that DLT (45° and -45° inclination of the diagonal boards) is a significantly stiffer panel compared to CLT ( 90° between horizontal and vertical boards) with respect to shear displacement caused by shear forces induced by horizontal wind load. DLT entire panels is approximately three and a half time stiffer than CLT entire panels. DLT panels with recesses is approximately two times stiffer than CLT panels with recesses.