Evaluation of a testing method for shear stiffness properties for cross laminated timber
(2022) In TVSM-5000 VSMM01 20221Structural Mechanics
Department of Construction Sciences
- Abstract
- Cross laminated timber (CLT) is an engineered wood product that was first developed in the 1990s. Since then it has grown in popularity thanks to its many advantages such as: low environment impact, high degree of prefabrication and low weight. As the material is relatively new the standardization process is still in the early stages. The purpose of this thesis is to evaluate a testing method which is suggested to be part of the standardization of CLT.
The testing method, which is described in the European standard EN 16351, is a four-point bending test with the purpose to determine, among other properties, the rolling shear modulus of the transverse layers in CLT. The test is performed by measuring the so called local- and global... (More) - Cross laminated timber (CLT) is an engineered wood product that was first developed in the 1990s. Since then it has grown in popularity thanks to its many advantages such as: low environment impact, high degree of prefabrication and low weight. As the material is relatively new the standardization process is still in the early stages. The purpose of this thesis is to evaluate a testing method which is suggested to be part of the standardization of CLT.
The testing method, which is described in the European standard EN 16351, is a four-point bending test with the purpose to determine, among other properties, the rolling shear modulus of the transverse layers in CLT. The test is performed by measuring the so called local- and global deflections. The local deflection is measured between the two loads and is assumed to depend only on bending and is used to estimate the bending stiffness of the beam. The global deflection is measured for the entire span and is therefore dependent on both bending and shear. The global deflection is used to estimate the so called apparent bending stiffness.
By determining the local- and apparent bending stiffness the shear stiffness of the entire cross section can be determined. When the shear stiffness of the entire cross section is determined the shear modulus for the transverse layers (rolling shear modulus) can be determined by applying Timoshenko beam theory and subtracting the contribution of the shear modulus of the longitudinal layers.
For this project no laboratory testing was performed, the testing method was instead evaluated with Finite Element-models (FE-models). When analysing with FE-models the rolling shear modulus is known beforehand since it is used as an input parameter to the models. The accuracy of the test method was evaluated by comparing the calculated rolling shear modulus to the input rolling shear modulus. An accurate result should result in the output and input being equal.
The results indicated that the method used to determine the rolling shear modulus is largely influenced by assumptions made according to Timoshenko beam theory. One of these assumptions include the shear correction factor, which is used to correct a theoretical assumption that results in an overestimated shear stiffness. The shear correction factor according to beam theory results in inaccurate results, but the factor can be altered to correlate better with the expected rolling shear modulus. One of the problems with such a procedure is that the rolling shear modulus must be known beforehand to do an accurate alteration. Other deviations between beam theory and the FE-models affecting the results include: boundary conditions and shear strain distributions. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Utvärdering av testmetod för bestämning av skjuvstyvhet för korslimmat trä
Byggbranschen står inför stora utmaningar de kommande åren. Cirka 20% av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser kommer från just denna bransch. Betong, som länge varit ett tryggt och pålitligt val är en av bovarna i dramat. Nya mer klimatsmarta byggmaterial är därför ett måste. Ett allt mer populärt alternativ till betong är korslimmat trä (KL-trä). KL-trä är uppbyggt av korsvis limmade lager av brädor som tillsammans skapar plattliknande byggelement. För att KL-trä på allvar ska kunna konkurrera med betongen vad gäller kostnad och pålitlighet är standardiseringen av produkten dock avgörande.
Det här arbetet syftar till att utvärdera en testmetod för... (More) - Utvärdering av testmetod för bestämning av skjuvstyvhet för korslimmat trä
Byggbranschen står inför stora utmaningar de kommande åren. Cirka 20% av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser kommer från just denna bransch. Betong, som länge varit ett tryggt och pålitligt val är en av bovarna i dramat. Nya mer klimatsmarta byggmaterial är därför ett måste. Ett allt mer populärt alternativ till betong är korslimmat trä (KL-trä). KL-trä är uppbyggt av korsvis limmade lager av brädor som tillsammans skapar plattliknande byggelement. För att KL-trä på allvar ska kunna konkurrera med betongen vad gäller kostnad och pålitlighet är standardiseringen av produkten dock avgörande.
Det här arbetet syftar till att utvärdera en testmetod för standardiseringen av KL-trä. Testmetoden är framtagen för att kunna bestämma KL-träs egenskaper vad gäller skjuvning. Skjuvning tillsammans med böjning är två av de faktorer som påverkar nedböjningen av balkar. Stora nedböjningar av balkar kan i byggnader leda till allvarliga konsekvenser som ras eller problem med byggnadens funktionalitet som till exempel lutande golv. Att kontrollera och minimera nedböjningar är därför väldigt viktigt vid byggandet av hus.
Trä må vara ett mer miljövänligt byggmaterial än betong, men en av träs svagheter är just den låga motståndskraften mot skjuvning. Testmetoden är uppbyggd av två stöd som den testade KL-träplattan placeras på. Två laster placeras sedan ovanpå plattan och trycker den nedåt. Den totala nedböjningen beror som sagt både på böjning och skjuvning. Enligt balkteori beror nedböjningen mellan de två lasterna däremot endast på böjning. Enligt teorin och testmetodens antaganden kan man då bestämma nedböjningen beroende av endast skjuvning genom att jämföra den totala nedböjningen med nedböjningen mellan lasterna där balken utsätts för ren böjning. Detta kan i sin tur användas för att bestämma KL-träs motstånd mot skjuvning.
Analyser: I det här arbetet utvärderades testmetoden med hjälp av datorbaserade numeriska beräkningsmodeller enligt finita elementmetoden. Modellerna skapades för att efterlikna riktiga KL-träplattor och provuppställningen så bra som möjligt. En fördel med detta är att samma egenskaper som bestäms med hjälp av testmetoden, används som indata för modellerna. På så sett vet man på förhand vilka egenskaper de testade KL-träplattorna har. Resultaten från utvärderingen av den numeriska modellen enligt anvisningarna i provningsmetoden borde då stämma överens med den indata som används för att skapa modellen. Denna premiss låg till grund för utvärderingen av testmetoden.
Resultat: Enligt den genomförda utvärderingen finns det stora brister hos testmetoden. Testmetodens resultat stämde många gånger inte alls överens med vad som kunde förväntas. Stora avvikelser erhölls mellan styvhetsvärden som användes som indata i beräkningsmodellen och resultaten från utvärderingen. En anledning till de stora avvikelserna visade sig bero på de balkteoretiska antaganden som testmetoden är baserad på. Modellerna visade att skjuvning påverkar den totala nedböjningen såväl som nedböjningen mellan lasterna. Alltså tvärtemot ett av de antagande som hela metoden är baserad på. Utvärderingen visade också på testmetodens känslighet. Små mätfel i provningen kan generera stora avvikelser för de egenskaper som ska bestämmas.
För att den här testmetoden ska kunna var med i standardisering av KL-trä och i sin tur bidra till den gröna omställningen av byggbranschen krävs vidare utvärdering och förbättringar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9093637
- author
- Lind, Calle LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Utvärdering av en testmetod för skjuvstyvhetsegenskaper för korslimmat trä
- course
- VSMM01 20221
- year
- 2022
- type
- H3 - Professional qualifications (4 Years - )
- subject
- keywords
- CLT, cross laminated timber, EN 16351, four-point bending, rolling shear modulus, FE-modelling
- publication/series
- TVSM-5000
- report number
- TVSM-5259
- ISSN
- 0281-6679
- language
- English
- id
- 9093637
- alternative location
- https://www.byggmek.lth.se/english/publications/tvsm-5000-present-2014/
- date added to LUP
- 2022-07-26 09:38:38
- date last changed
- 2022-07-26 09:38:38
@misc{9093637,
abstract = {{Cross laminated timber (CLT) is an engineered wood product that was first developed in the 1990s. Since then it has grown in popularity thanks to its many advantages such as: low environment impact, high degree of prefabrication and low weight. As the material is relatively new the standardization process is still in the early stages. The purpose of this thesis is to evaluate a testing method which is suggested to be part of the standardization of CLT.
The testing method, which is described in the European standard EN 16351, is a four-point bending test with the purpose to determine, among other properties, the rolling shear modulus of the transverse layers in CLT. The test is performed by measuring the so called local- and global deflections. The local deflection is measured between the two loads and is assumed to depend only on bending and is used to estimate the bending stiffness of the beam. The global deflection is measured for the entire span and is therefore dependent on both bending and shear. The global deflection is used to estimate the so called apparent bending stiffness.
By determining the local- and apparent bending stiffness the shear stiffness of the entire cross section can be determined. When the shear stiffness of the entire cross section is determined the shear modulus for the transverse layers (rolling shear modulus) can be determined by applying Timoshenko beam theory and subtracting the contribution of the shear modulus of the longitudinal layers.
For this project no laboratory testing was performed, the testing method was instead evaluated with Finite Element-models (FE-models). When analysing with FE-models the rolling shear modulus is known beforehand since it is used as an input parameter to the models. The accuracy of the test method was evaluated by comparing the calculated rolling shear modulus to the input rolling shear modulus. An accurate result should result in the output and input being equal.
The results indicated that the method used to determine the rolling shear modulus is largely influenced by assumptions made according to Timoshenko beam theory. One of these assumptions include the shear correction factor, which is used to correct a theoretical assumption that results in an overestimated shear stiffness. The shear correction factor according to beam theory results in inaccurate results, but the factor can be altered to correlate better with the expected rolling shear modulus. One of the problems with such a procedure is that the rolling shear modulus must be known beforehand to do an accurate alteration. Other deviations between beam theory and the FE-models affecting the results include: boundary conditions and shear strain distributions.}},
author = {{Lind, Calle}},
issn = {{0281-6679}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{TVSM-5000}},
title = {{Evaluation of a testing method for shear stiffness properties for cross laminated timber}},
year = {{2022}},
}