Timber compression strength perpendicular to the grain - testing of glulam beams with and without reinforcement

Abstract: I och med övergången från den svenska konstruktionsnormen, BKR, till den nya europeiska normen, Eurocode, har både karaktäristiska värden och tillvägagångssättet för beräkning av träts hållfasthet förändrats. Trä som konstruktionsmaterial är även specifikt påverkat, då ett nytt klassificeringssytem har införts i samband med övergången till Euorocode. Träts hållfasthet har överlag blivit nedimensionerat och den typ av hållfasthetsvärde som sänkts kraftigast procentuellt sett är hållfastheten tyckt vinkelrätt fiberriktningen. Det uppenbara problemet med detta är att många träkonstruktionslösningar som tidigare klarat de svenska reglerna inte längre räknas hem. Då det gäller beräkning av tryckhållfastheten vinkelrätt fibrerna för limträ, får numer en faktor av 1.75 användas om längden av upplaget är minst 400 mm. Om upplagslängden är kortare sätts istället samma faktor till 1.0 . Riktigheten i detta kan enkelt ifrågasättas och en mer nyanserad metod för att tillgodoräkna bärförmågans höjning med upplagslängden vore önskvärd. Vidare finns i dagsläget inget direct sätt att inkludera förstärkningar av trä vid hållfasthetsberäkningar av trä tryckt vinkelrätt fiberriktningen. På grund av detta finns intresse av att undersöka om sådana tillägg i normen skulle vara försvarbara. För att ta reda på om, och i så fall vilka tillägg som skulle behöva göras, avser vi utföra och analysera resultaten av ett antal laborativa tester: · Limträbalkar av olika dimensioner trycktestas på ett antal upplag kortare än 400 mm. · Trycktester av limträbalkar vilka förhindras att deformera i sidled. · Trycktester av limträbalkar vilka är förstärkta med antingen inlimmade trästavar eller inlimmade stålstavar. Syftet med detta examensarbete och denna rapport är med andra ord att ta reda på om Eurocode tillräckligt bra reflekterar verkligheten eller om vi istället kan ta fram en metod vilken mer noggrant beskriver hållfastheten hos trä vid tryck vinkelrätt fiberriktingen och under olika förhållanden och utföranden. De upplagslängder som undersökts när det gäller oförstärkta limträbalkar är begränsade till 60, 90 och 120 millimeter. Alla spikningsplåtar som använts tillsammans med skruvar för att förhindra sidledsdeformation hos balkar är 80 millimeter breda, 2.5 millimeter tjocka och 240 millimeter höga. För 60 millimeter långa upplag användes ett lägre antal skruvar i plåtarna för att undvika plasering av skruvar för nära balkkanterna och därmed riskera klyvning av trät. Trästavarna som använts vid förstärkning av vissa balkändar är 400 millimeter höga med en diameter av 19 millimeter. Stålstavarnas diameter är istället 12 millimeter, dels för att större stavar skulle riskera att klyva trät vid tillverkning, och dels för att vår bedömning är att en 12 millimeters stålstav i det här fallet håller för ungefär samma påfrestning som en 19 millimeters trästav. Enligt testresultaten presenterade i denna rapport har upplagslängden betydelse för tryckhållfastheten vinkelrätt fibrerna hos trä. Kortare upplag medför generellt högre tryckhållfasthet. · Vid 2 till 3 millimeters deformation uppvisar oförstärkta balkar på 60 mm långa upplag en ökning med 142–133 % jämfört med klossar av samma trätyp. 90 mm långa upplag en ökning med 93 – 85 % jämfört med klossar av samma trätyp. 60 mm långa upplag en ökning med 87 – 76 % jämfört med klossar av samma trätyp. · Vid 2 till 3 millimeters deformation uppvisar stålstavförstärkta balkar på 60 mm långa upplag en ökning med 63–158 % jämfört med oförstärkta balkar. 90 mm långa upplag en ökning med 125–228 % jämfört med oförstärkta balkar. 120 mm långa upplag en ökning med 64–173 % jämfört med oförstärkta balkar. · Vid 2 till 3 millimeters deformation uppvisar trästavförstärkta balkar på 60 mm långa upplag en ökning med 74– 99 % jämfört med oförstärkta balkar. 90 mm långa upplag en ökning med 153–203 % jämfört med oförstärkta balkar. 120 mm långa upplag en ökning med 120–207 % jämfört med oförstärkta balkar. · Vid 2 till 3 millimeters deformation uppvisar plåt och skruvförstärkta balkar på 60 mm långa upplag en ökning med 72–84 % jämfört med oförstärkta balkar. 90 mm långa upplag en ökning med 95–97 % jämfört med oförstärkta balkar. 120 mm långa upplag en ökning med 48–57 % jämfört med oförstärkta balkar. Baserat på dessa resultat presenteras i denna rapoort en ny modell för beräkning av tryckhållfastheten hos trä. Metoden syftar till att förenkla arbetet med dimensionering av förstärkta träbalkar och innebär en direkt förbättring när det gäller att tillgodoräkna lastspridningseffekter vid tryck vinkelrätt fiberriktningen. Metoden tar dock inte hänsyn till initiella skillnader i styvhet hos materialet, något som i denna rapport observerats i samband med variering av träkroppens bredd. I denna rapport uppvisar bredare provkroppar generellt lägre styvhet jämfört med mindre breda provkroppar, något som i sig kan ha sin förklaring i andra faktorer än just provkroppsbredd. En sådan faktor kan vara upplagsmaterialet, ty alla oförstärkta, mindre breda balkar vilade på träupplag, medan alla oförstärkta mer breda balkar vilade på upplag av stål.