Duktilitet och säkerhet hos spikförband med inslitsade plåtar i limträelement
globalt beteende för ett limträfackverk
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 utifrån en given spikarbetskurva. Vid jämförelse mellan brottlast enligt denna ekvation och enligt FE-analys är överensstämmelsen mycket god. Korrelationskoefficienten vid betraktelse av samtliga tolv spikarbetskurvor beräknas till 0,99. En vidare utredning av ekvationens giltighet för annan lastfördelning och andra bärverk rekommenderas.