What are you interested in?
Trial license
Educational license
Get offer
Please fill out this form and we'll get back to you

Ny modul för analys och dimensionering av KL-trä

Med CLT-modulen i FEM-Design 19 implementeras en ny mekanisk modell som möjliggör analys och dimensionering av KL-trä. Teorin grundar sig i den beprövade Laminated Shell Theory som är generell och tillämplig för alla typer av sammansatta laminerade skivor. Den primära inriktningen med denna modul är dock beräkning av skivor i KL-trä varför den nya beräkningsmodellen lagts till som ett komplement i de befintliga Timber plate-verktygen.

Teorin som används för beräkning av förskjutningar och spänningar är allmän, medan designmetoder för skivor i KL-trä är specifika och standardberoende. För att bibehålla möjligheten till generell användning kompletteras den ursprungliga mekaniska modellen för otrotropa plattor. Alternativen för mekanisk modell blir från och med version 19 alltså Orthotropic shell för vanliga ortotropa plattor, Cross laminated timber (CLT) för skivor i KL-trä och General laminated composite (GLC) för andra typer av laminat.

För KL-trä finns både analysresultat, i form av förskjutningar och spänningar, samt dimensioneringsberäkningar tillgängliga, medan endast analysresultat tillhandahålls för GLC-paneler. De olika paneltyperna lagras i olika bibliotek men definieras lagervis på samma sätt. För KL‑trä är det möjligt att lägga till ett nytt lager genom att klicka på materialets cell i tabellen, varpå det vanliga trämaterialbiblioteket dyker upp och ett material kan väljas för det aktuella lagret. När valet gjorts fyller programmet automatiskt i alla nödvändiga indata för det aktuella lagret, inklusive mekaniska egenskaper för analysresultat och brottspänningar för dimensioneringsberäkningar.

Det finns vissa egenskaper bland lagrens obligatoriska indata som inte anges i Eurokoden. I de fall tillverkaren inte anger värden för dessa kan de antas enligt följande:

• Gyz (Grolling) = Gmean / 10

• nuxy = 0.2

• fRk = fvk / 2

• fxyk = fvk

Dessa värden kan även skrivas över och matas in manuellt. Utöver materialdatan för lagren kan även deformationsfaktorn kdef för de olika serviceklasserna och eventuella styvhetsreduktionsfaktorer anges. Det nya materialbiblioteket för KL-trä innehåller produkter från många kända tillverkare och nya paneler kan enkelt skapas baserat på dessa. Att lägga till GLC-paneler fungerar på samma sätt förutom att endast de mekaniska egenskaperna är nödvändiga att definiera. För alla de tre mekaniska modellerna finns möjlighet att visa elementstyvhetsmatrisen i skalets mittplan, inklusive delmatrisen B som hanterar kopplingseffekten mellan de olika lagren.

För modeller som innehåller CLT- eller GLC-paneler tillhandahålls resultat i både modellvyn och detaljerade resultat för lastfall, lastkombinationer, max av lastkombinationer, max av lastgrupper, influenslinje samt max av åkande last. Den första gruppen innehåller förskjutningar, inre krafter och spänningar, vilka visas på samma sätt som tidigare förutom spänningarna som behöver ytterligare alternativ på grund av den laminerade konstruktionen. När vi ska studera spänningarna i en sådan skiva behöver ett koordinatsystem väljas eftersom själva skalet har ett lokalt system och alla lager i skalet har ett lokalt system. För att lättare förstå spänningskomponenterna finns därför möjligheten att välja koordinatsystem som kan vara antingen "Shell local system" eller "Layer local system". Exempelvis om de lokala koordinatsystemen för skalet respektive lagret inte är identiska varierar den fysiska riktningen för en visad Sigma x'-spänning beroende på vilket system som väljs. Detta innebär att vinkeln Theta, som definierats för lagret i materialinställningarna, är skild från noll.

 

Till skillnad från de vanliga icke-laminerade skalen kan skjuvspänningarna Tau y'z' och Tau x'z' inte bara visas i mittplanet utan även i toppen och botten av lagren. För vissa mellanliggande lager är dessa spänningar inte nödvändigtvis noll, i motsats till icke-laminerade skal vars topp- och bottenvärden alltid är noll på grund av den paraboliska spänningsfördelningen. Då det finns många alternativ för att studera spänningar kan det vara ett tidskrävande arbete att hitta de maximala spänningskomponenterna på skalet, särskilt i de fall konstruktionen har en komplex belastning.

För att underlätta denna process finns förutom det punktbaserade detaljerade resultatet även ett skalbaserat alternativ. För det punktbaserade alternativet kan vi välja en godtycklig punkt på CLT‑/GLC-panelen och får då ett detaljerat resultat där skalets geometri och de fem spänningskomponenterna visas. Eftersom hela skalet kan ses här kompletteras koordinatsystemväljaren med varje lagers lokala koordinatsystem. För maxresultat (till exempel Maximum of load combinations) finns många tillgängliga maxkriterier vilka kan grupperas enligt följande.

Max av alla komponenter (t.ex. All components +): söker efter kombination(-er) för varje komponent som ger det största positiva värdet på spänningskomponenten längs alla lager i den valda punkten. Spänningsdiagrammen visar resultatet från kombinationerna som tillhör dessa komponenter. Observera att det kan finnas fem olika kombinationer i det detaljerade resultatet.

Max av alla lager efter spänningstyp (t.ex. All layer, Sigma x +): söker efter den kombination som ger den största positiva normalspänningen i x-riktning längs alla lager i den valda punkten. Spänningsdiagrammen visar resultatet av denna kombination.

Max i ett lager efter spänningstyp (t.ex. 2. layer, Sigma x +): söker efter kombinationen som ger den största positiva normalspänningen i x-riktning i det andra lagret i den valda punkten. Spänningsdiagrammen visar resultatet av denna kombination.

Det andra alternativet för att ta fram ett detaljerat resultat är det skalbaserade alternativet, där endast en CLT-/GLC-panel behöver väljas utan att definiera en exakt punkt.

Det är endast tillgängligt för resultat av maxtyp, som Maximum of load combinations. Kriterierna för maxvärden är desamma som för det punktbaserade detaljerade resultatet men i detta fall är sökningen inte begränsad till en nod, utan programmet kontrollerar alla noder på skalet enligt de valda kriterierna. För den första kriteriegruppen (max av alla komponenter) kan de fem maxvärdena från spänningskomponenterna uppstå vid fem olika noder på skalet, också möjligen från fem olika lastkombinationer. Detta resultat är utmärkt för att se de totala maximala spänningarna på skalet när alla noder och alla kombinationer beaktas samtidigt. Dessa noder visas med position och nodnummer på geometrifiguren. För den andra kriteriegruppen (max av alla lager efter spänningstyp) och den tredje kriteriegruppen (max i ett lager efter spänningstyp) utförs sökningen på en spänningskomponent, så att alla spänningsdiagram visar resultatet av samma nod som ger maxvärde för vald komponent med samtidiga spänningsdiagram i denna nod för de andra komponenterna. I visningsalternativen kan skalan på figurerna och storlek och teckensnitt för värdena ställas in.

För KL-trä tillhandahålls dimensioneringsberäkningar för brottlastkombinationer och deformationskontroll i bruksgränstillstånd, där det senare även kan utföras under analysfliken. Genom att ställa in olika deformationsfaktorer i panelens indata för karakteristiska och kvasi-permanenta kombinationstyper, kan både omedelbar respektive långvarig nedböjning kontrolleras korrekt enligt Eurokoden. När det gäller brottlastkombinationerna finns flera kontrollkriterier tillgängliga, några av dem är valfria (och kan ställas in i Calculation parameters) eftersom Eurokoden inte innehåller dessa. Dimensioneringskontroll finns tillgänglig på fliken Timber design med alternativet CLT panel.

Den första gruppen av dimensioneringsformler är de välkända spänningskontrollerna från Eurokoden som är relaterade till KL-trä, det vill säga tryck/drag och böjning längs och tvärs fiberriktning, tvärgående skjuvspänningar och rullskjuvning. Dessa kontroller utförs för varje lager i det aktuella lagrets lokala koordinatsystem, i topp och botten eller vid parabelmax för skjuvspänningar. Den andra gruppen består av tre interaktionsformler, skjuvinteraktion, tryck/drag samt skjuvning. Eftersom dessa inte ingår i Eurokod 5, går det att ställa in huruvida dessa kontroller ska beaktas eller inte. Den tredje gruppen är knäckning- och vridningskontroll. Knäckningskontrollen av skivor i KL-trä utförs endast för de områden med en betafaktor som är skild från noll, även för de lager som är mindre än 45° från knäckningsriktningen. För vridkontrollen som vanligtvis tillämpas på väggar belastade i sitt plan måste alternativet "no glue at narrow sides" kontrolleras i panelens materialindata. Dessa metoder är baserade på olika standarder och vetenskapliga artiklar. Ytterligare information om dimensioneringskontrollerna kan hittas i CLT-modulens teorihandbok.

What are you interested in?
Trial license
Educational license
Get offer
Please fill out this form and we'll get back to you