عنوان پایان‌نامه
ارزیابی عملکرد سازه ای چوب با لایه های متقاطع(CLT) ساخته شده از صنوبر و تهیه مدل رفتار مکانیکی آن با روش اجزای محدود
- رشته تحصیلی
- فرآورده های چند سازه چوب
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7177;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77939;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7177;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77939
- تاریخ دفاع
- ۲۰ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- اکبر رستم پورهفتخوانی
- چکیده
- این مطالعه با هدف بررسی عملکرد سازه ای چوب با لایه های متقاطع (CLT) ساخته شده از صنوبر و تهیه مدل رفتار مکانیکی آن با روش اجزای محدود انجام شده است. برای ساخت CLT از چوب صنوبر، چسب پلی اورتان استفاده شد. برای مقایسه CLT از صنوبر و نوئل که گونه‌‌ای غالب در صنعت تولید چوب با لایه های متقاطع در اروپاست، تحت شرایط مساوی متغیرها، نمونه CLT نیز به طور همزمان ساخته شد. الگوی برش قطعات لایه‌ها تصادفی بوده است. زاویه چیدمان قطعات لایه های CLT (0-90-0 و 0-45-0، به ترتیب برای لایه رو، لایه میانی، لایه زیر) نیز بر مقاومت آن بررسی شده است. مقاومت خمشی (MOR)، مدول الاستیسیته خمشی (MOE)، توان نگهداری میخ و پیچ، نیروی برشی اتصال-هایی با وصله فلزی در روی پنل CLT و اتصال های با وصله فلزی در ضخامت پنل CLT، نصب شده با یک عدد پیچ یا میخ بررسی شده است. میخ های مورد استفاده در این مطالعه میخ فولادی معمولی و میخ فولادی شیاردار بوده‌اند. پیچ های مورد استفاده در این مطالعه نیز پیچ چوب، پیچ گالوانیزه آلمانی SPA، پیچ Spark، پیچ خودکار سرمهره ای، پیچ سر مهره-ای و پیچ پنلی بوده است. با نرم افزار ANSYS مدل اجزای محدود نمونه‌های مورد آزمایش تهیه شده و سپس با داده-های تجربی مقایسه شده اند. داده های آزمون برشی اتصال با داده های به دست آمده از مدل اروپایی حد تسلیم نیز مقایسه شده اند. نتایج نشان داده اند که MOR و MOE در جهت طولی و عرضی پنل های CLT با چیدمان 0-90 درجه ساخته شده از صنوبر از CLT با نوئل بیشتر است. MOR و MOE در جهت طولی پنل های CLT صنوبر با چیدمان قطعات لایه ها به صورت 45 درجه بیشتر از پنل های ساخته شده با چیدمان 0-90 درجه بوده اند. CLTهای صنوبر ساخته شده با قطعات لایه با پهنای کمتر دارای MOR و MOE بیشتری بودند. توان نگه داری میخ و پیچ در CLT های ساخته شده با صنوبر به صورت متقاطع از CLT ساخته شده از نوئل بیشتر است. توان نگه داری میخ و پیچ CLT های ساخته شده از صنوبر با چیدمان 0-45 درجه (متقاطع) از CLT های ساخته شده با همین گونه با چیدمان 0-90 درجه بیشتر است. نیروی برشی مربوط به اتصال با جهت طولی پنل CLT و وصله فلزی در رو نصب شده با یک عدد پیچ یا میخ در CLT با چیدمان 0-45 درجه بیشتر از اتصال ساخته شده با CLT با چیدمان 0-90 بوده است. نیروی برشی CLT های ساخته شده از صنوبر از CLT های ساخته شده با نوئل بیشتر بوده است. با افزایش فاصله تا انتها نیروی برشی افزایش یافت. بیشترین توان نگهداری و نیروی برشی مربوط به پیچ سر مهره ای با قطر 10 میلیمتر و کمترین آن مربوط به پیچ فولادی معمولی بوده است. مقایسه اتصال با وصله فلزی رو و ضخامت پنل نشان داده که نیروی برشی اتصال‌هایی که دارای وصله فلزی در ضخامت پنل هستند، بیشتر از اتصال های ساخته شده با وصله فلزی در روی پنل است. مدل اجزای محدود مدل الاستیسیته خمشی را با خطای کمتر از 6 درصد پیش بینی کرد. نتایج توزیع تنش و تغییر شکل در نمونه‌های خمشی، توان نگهداری و نیروی برشی مدلسازی شده در محیط ANSYS Workbench تطابق خوبی با شکست‌های مشاهده شده در آزمونه‌های تجربی داشته‌اند. دقت مدل حد تسلیم برای پیش بینی نیروی برشی اتصال ساخته شده با پنل CLT و وصله فلزی در رو و ضخامت خیلی کم بود. کلمات کلیدی: چوب با لایه های متقاطع (CLT)، مقاومت خمشی، توان نگهداری، نیروی برشی وارد بر پیچ، مدل حد تسلیم اروپا، روش اجزای محدود
- Abstract
- This study has been performed to investigate structural performance of cross laminated timber (CLT) made out of poplar and preparing model for its mechanical behavior by finite element method. CLT panels have been constructed with poplar planks and polyurethane adhesive. To compare structural performances of CLT panels manufactured with poplar with those made out of spruce as a common raw material for constructing CLT in Europe, some CLT panels have constructed with same variable, simultaneously. Effects of layer arrangement on structural performances of CLT panels have been investigated. Angle of layer arrangement in CLT panels were 0-90-0 and 0-45-0 for upper, middle and lower layer. Modulus of rupture (MOR), modulus of elsticity (MOE), nail and screw withdrawal resistance, lateral load of single-lap and double-lap joints connected with nail and screw have been measured. Nails and screws used in this study were including steel nail, concerete nail, wood screw, galvanized SPA screw, Spark screw, self-taping screw, drywall screw and lag screw. Finite element models prepared by ANSYS Workbench software have validated with experimental MOE data of CLT. Then, mechanical behavior of CLT specimens have been simulated. Lateral load of nailed and screwed joint obtained with European Yield Model (EYM) have been compared with those observed in experiment. The results have been shown that MOR and MOE of panels made out of poplar in longitudinal and cross direction were higher than those constructed with spruce. MOR and MOE of specimens constructed with poplar and 0-45-0 arrangement in longitudinal direction were higher than those with 0-90-0 arrangement. MOR and MOE of CLT made out of low width poplar planks were high. Nail and screw withdrawal resistance of CLT panels made out of poplar were higher than those made with spruce. Nail and screw withdrawal resistance of CLT panels with 0-45-0 configuration were higher than those with 0-90-0 configuration. Lateral load of Single-lap joints connected by one nail or screw constructed with metal plate and CLT panels with 0-45-0 configuration were higher than those obtained in CLT panels with 0-90-0 configuration. Lateral load of single-lap joints in CLT panels constructed with poplar were higher than those obtained in CLT panels made out of spruce. Lateral load of joints between CLT panel and metal plate have increased with the increase in end distance. Higher withdrawal and lateral resistance of joints have been observed in lag screw with 10 mm in diamter, and the lower of them have been measured in joints connected by steel nail. Lateral load of single-lap joints between nail or screw and matal plate in the middle of the thickness of CLT were higher than those with matal plate in the face of CLT. Finite element method have predicted MOE of CLT with 6% error. The results of deformation and stress distribution showed that ANSYS Workbench predicted the behavior of CLT panels in bending, withdrawal and lateral resistance of joints accurately. The accuracy of European Yield Model for estimation of lateral load of joints was very low. Keywords: Cross Laminated Timber (CLT), Bending Strength, Withdrawal Resistance, Lateral Resistance, European Yeild Model, Finite Element Method
