I bärande konstruktioner bör spröda brottförlopp i största möjliga mån
undvikas. Sega brott ger högre säkerhet och bättre utsikter att utrymma en
byggnad innan kollaps inträffar. De material eller konstruktioner som
innehar egenskaper som ger upphov till ett kontrollerbart segt brott, har en
hög duktilitet.
Inom områden med hög seismisk aktivitet är dämpning av dynamiska laster
genom energiupptagning i byggnadsdelar särskilt avgörande för säkerställande
av bibehållen bärförmåga. Hög duktilitet i förband och balkar utnyttjas för
detta.
Ett vanligt sätt att uppnå duktila egenskaper i träkonstruktioner är genom
utnyttjande av lokal plasticitet hos fästelement (spikar, dymlingar, bultar
etc.) vid förband.
Syftet med examensarbetet är att undersöka duktila förbands inverkan på
global bärförmåga och deformationskapacitet för ett limträbärverk. Ett
fenomenologiskt samband söks mellan last-förskjutningskurvan för en spik i
ett förband och brottlasten för en hel struktur. Utredningen skall ge motiv
för ökning av säkerheten genom utnyttjande av plasticitet i förband.
Dessutom skall en beskrivning av seismisk dimensioneringsteori presenteras
för att bredda kunskapsbasen inom utnyttjande av energiupptagning i
byggnadskonstruktioner.
Det bärverk som ingår i studien är ett limträfackverk med en typ av förband
som vid försök uppvisat såväl hög bärförmåga per förbindare som goda duktila
egenskaper. Förbandstypen går under benämningen spikförband med inslitsade
plåtar. Vid tillverkning av förbandet sågas två spår i limträ, varvid plåtar
förs in. Spikar skjuts sedan rakt igenom limträ och plåtar med
tryckluftsdriven spikpistol.
En tvådimensionell finita element (FE) modell av fackverket skapas.
Beräkningar genomförs med finita element metoden i programmet ABAQUS.
Materialparametrar för limträ och plåtar inhämtas från litteratur.
Arbetskurvor (last-förskjutningskurvor) för spikar i förband erhålls från
tidigare utförda förbandsförsök parallellt med fibrerna och från försök
vinkelrätt mot fibrerna utförda i detta examensarbete. Dessa egenskaper är
ickeelastiska. Spikar modelleras i FE-modellen med fjäderelement. Den
FE-modell som används inkluderar ej sprickinitiering och propagering. Då
spikar uppnått brottdeformation slutar fackverket ta last.
Verifikationskontroller av den skapade modellen med tvådimensionella solida
element utförs genom jämförelser med balkelementmodeller av fackverket och
tidigare gjorda försök på en simulerad fackverksknutpunkt.
Totalt tolv skilda spikarbetskurvor behandlas i parameterstudien. En
avgörande effekt på limträfackverkets brottlast och deformationsförmåga
noteras vid jämförelse mellan elastiskt och ickeelastiskt beteende för
spikar. Brottlasten är 27% högre vid jämförelse mellan ett fall med
spikarbetskurva enligt tidigare utförda försök och enligt normerna i
Eurocode 5. Mittnedböjningen blir 22% högre. Denna deformationsökning kan
accepteras i lokaler utan nedböjningskrav, exempelvis hallbyggnader.
Med stöd av FE-analyserna föreslås en beräkningsmodell för framtagning av
fackverkets brottlast...
