Advanced

Behaviour of cross laminated timber elements with openings at out-of-plane loading conditions

Hast, Christopher LU and Fatemi, Daniel (2020) In TVSM-5000 VSMM01 20201
Structural Mechanics
Department of Construction Sciences
Abstract
The use of cross laminated timber (CLT) is expanding, its use is relatively new and universal design standards are lacking. One situation for which no universal design standard exists is that of a CLT plate element with an opening. A grillage method has been proposed as a convenient method to design such plate elements. The grillage method consists of analyzing a beam grillage model in terms of bending moment, shear force and deflection. This thesis examines the grillage method and compares it to corresponding finite element (FE) models. The FE models are modelled in Abaqus with three-dimensional shell elements using a composite layup tool in order to model the individual layers of CLT. Throughout the investigations three CLT compositions... (More)
The use of cross laminated timber (CLT) is expanding, its use is relatively new and universal design standards are lacking. One situation for which no universal design standard exists is that of a CLT plate element with an opening. A grillage method has been proposed as a convenient method to design such plate elements. The grillage method consists of analyzing a beam grillage model in terms of bending moment, shear force and deflection. This thesis examines the grillage method and compares it to corresponding finite element (FE) models. The FE models are modelled in Abaqus with three-dimensional shell elements using a composite layup tool in order to model the individual layers of CLT. Throughout the investigations three CLT compositions with differing layer thicknesses are used. Hence, cross section composition is included as a parameter in the study. Different methods to evaluate CLT beams are examined and applied to the grillage model; Gamma method and Timoshenko beam theory. For various opening geometries results from grillage models are compared to results from FE models. In the FE models results are extracted from paths coinciding with the geometry of the beams in the grillage models. The results show that the choice of beam theory does not impact the results from the grillage model significantly. When compared to FE models the grillage models give generally higher values for bending moment, shear force and deflection. Certain combinations of opening geometry and cross section composition causes a large discrepancy between the grillage model and the FE model. (Less)
Abstract (Swedish)
Användningen av korslimmat trä (KL-trä) befinner sig i en expanderande fas. Tillämpn-ingen av KL-trä som byggnadsmaterial är relativt nytt och övergripande dimensioneringsstandarder har ännu inte utvecklats fullt ut. Ett fall där inga allmänna dimensioneringsstandarder existerar är fallet plattelement av KL-trä med hål. En dimensioneringsmetod som utgår ifrån en balkrostmodell har föreslagits för att analysera sådana plattelement. Balkrostmodellen består av ett antal balkar vilandes på varandra för vilka man utvärderar böjmoment, tvärkraft och nedböjning. Arbetet syftar på att granska balkrostmodellen och jämföra resultaten från modellen med en motsvarande finita elementmodell (FE-modell). FE-modellen modelleras i Abaqus med... (More)
Användningen av korslimmat trä (KL-trä) befinner sig i en expanderande fas. Tillämpn-ingen av KL-trä som byggnadsmaterial är relativt nytt och övergripande dimensioneringsstandarder har ännu inte utvecklats fullt ut. Ett fall där inga allmänna dimensioneringsstandarder existerar är fallet plattelement av KL-trä med hål. En dimensioneringsmetod som utgår ifrån en balkrostmodell har föreslagits för att analysera sådana plattelement. Balkrostmodellen består av ett antal balkar vilandes på varandra för vilka man utvärderar böjmoment, tvärkraft och nedböjning. Arbetet syftar på att granska balkrostmodellen och jämföra resultaten från modellen med en motsvarande finita elementmodell (FE-modell). FE-modellen modelleras i Abaqus med tredimensionella skalelement där ett inbyggt komposituppläggningsverktyg används för att modellera de invidiuella lagren som bygger upp KL-träelementet. Utvärderingen utförs för tre olika KL-träuppbyggnader där de ingående lagrens tjocklekar varieras. Därmed inkluderas även KL-träuppbyggnaden som en parameter i studien. Olika teorier för att utvärdera KL-träbalkarna redovisas; Gammametoden och Timoshenkos balkteori. Resultaten från de olika modellerna jämförs för olika hålgeometrier. I FE-modellen hämtas resultaten från så kallade ''paths'' vilka sammanfaller geometriskt med balkarna i balkrostmodellen och fungerar som stigar i modellen varifrån man hämtar resultat. Utvärderingen visar att valet av balkteori inte påverkar jämförelsen i en betydande utsträckning. Jämförelsen mellan FE-modellen och balkrostmodellen visar att balkrostmodellen generellt ger högre värden för böjmoment, tvärkraft och nedböjning. Vissa kombinationer av hålgeometrier och KL-träuppbyggnad påvisade stora avvikelser i jämförelsen mellan FE-modell och balkrostmodell. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Hast, Christopher LU and Fatemi, Daniel
supervisor
organization
course
VSMM01 20201
year
type
H3 - Professional qualifications (4 Years - )
subject
keywords
CLT, Cross laminated timber, Grillage model, Gamma method, Bernoulli-Euler beam theory, Timoshenko beam theory, Finite element method, FEM, Composite, Abaqus
publication/series
TVSM-5000
report number
TVSM-5245
ISSN
0281-6679
language
English
id
9025417
alternative location
http://www.byggmek.lth.se/fileadmin/byggnadsmekanik/publications/tvsm5000/web5245.pdf
date added to LUP
2020-07-28 11:12:43
date last changed
2020-07-28 11:12:43
@misc{9025417,
  abstract     = {The use of cross laminated timber (CLT) is expanding, its use is relatively new and universal design standards are lacking. One situation for which no universal design standard exists is that of a CLT plate element with an opening. A grillage method has been proposed as a convenient method to design such plate elements. The grillage method consists of analyzing a beam grillage model in terms of bending moment, shear force and deflection. This thesis examines the grillage method and compares it to corresponding finite element (FE) models. The FE models are modelled in Abaqus with three-dimensional shell elements using a composite layup tool in order to model the individual layers of CLT. Throughout the investigations three CLT compositions with differing layer thicknesses are used. Hence, cross section composition is included as a parameter in the study. Different methods to evaluate CLT beams are examined and applied to the grillage model; Gamma method and Timoshenko beam theory. For various opening geometries results from grillage models are compared to results from FE models. In the FE models results are extracted from paths coinciding with the geometry of the beams in the grillage models. The results show that the choice of beam theory does not impact the results from the grillage model significantly. When compared to FE models the grillage models give generally higher values for bending moment, shear force and deflection. Certain combinations of opening geometry and cross section composition causes a large discrepancy between the grillage model and the FE model.},
  author       = {Hast, Christopher and Fatemi, Daniel},
  issn         = {0281-6679},
  keyword      = {CLT,Cross laminated timber,Grillage model,Gamma method,Bernoulli-Euler beam theory,Timoshenko beam theory,Finite element method,FEM,Composite,Abaqus},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  series       = {TVSM-5000},
  title        = {Behaviour of cross laminated timber elements with openings at out-of-plane loading conditions},
  year         = {2020},
}