English
Język Polski
Eksperymentalna weryfikacja modelu Hilla dla drewna
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.153347Abstrakt
Elementy konstrukcyjne wykonane z drewna znajdują coraz więcej zastosowań w budownictwie. Stają się one coraz bardziej popularne ze względu na swój ekologiczny charakter, czego dowodem są najnowsze projekty wieżowców. Rozwój nowoczesnych konstrukcji drewnianych zmusza projektantów do poszukiwania nowych rozwiązań w wykonawstwie. Nowe technologie, takie jak drewno klejone warstwowo i drewno klejone krzyżowo, są obecnie poddawane wielu analizom, takim jak weryfikacja pod kątem nośności, sztywności, odporności ogniowej, akustyki i oceny cyklu życia. Najpopularniejsze obecnie jest drewno masywne. Konstrukcje wykonane w tej technologii składają się głównie z elementów z drewna klejonego krzyżowo i warstwowo. Badania nad drewnem klejonym krzyżowo koncentrowały się głównie na jego wytrzymałości na zginanie i ścinanie lub podejściach do modelowania w celu oszacowania wytrzymałości na zginanie i mechanizmów uszkodzeń. Z punktu widzenia konstrukcji wieżowców istotne są również aspekty zachowania elementów drewnianych podczas ściskania i ich właściwości boczne. W tym badaniu skalibrowano nieliniowy model materiałowy oparty na anizotropowym potencjale plastyczności Hilla, aby określić, w jakim stopniu nadaje się on do symulacji prostych testów eksperymentalnych. W tym celu przeprowadzono eksperymentalne testy ściskania na drewnianych próbkach pod trzema różnymi kątami w stosunku do kierunku włókien. Dane z eksperymentów były zbierane równolegle przy użyciu dwóch metod: odczytu siły i przemieszczenia głowicy maszyny; oraz przy użyciu systemu Aramis do obserwacji powierzchni próbki i określania przemieszczeń za pomocą DIC. W celu porównania z modelami numerycznymi, zarówno pola przemieszczeń, jak i krzywe siła-przemieszczenie zostały uśrednione dla poszczególnych próbek przy użyciu autorskich kodów napisanych w języku Python.Bibliografia
[1] L. Tupenaite, V. Zilenaite, L. Kanapeckiene, T. Gecys, and I. Geipele, “Sustainability assessment of modern high-rise timber buildings”, Sustainability, vol. 13, no. 16, art. no. 8719, 2021, doi: 10.3390/su13168719.
[2] D. Barber, “Fire safety of mass timber buildings with clt in usa”, Wood and Fiber Science, vol. 50, pp. 83-95, 2018, doi: 10.22382/wfs-2018-042.
[3] Z. Duan, Q. Huang, and Q. Zhang, “Life cycle assessment of mass timber construction: A review”, Building and Environment, vol. 221, art. no. 109320, 2022, doi: 10.1016/j.buildenv.2022.109320.
[4] H. Li, L. Wang, Y. Wei, B. J. Wang, and H. Jin, “Bending and shear performance of cross-laminated timber and glued-laminated timber beams: A comparative investigation”, Journal of Building Engineering, vol. 45, art. no. 103477, 2022, doi: 10.1016/j.jobe.2021.103477.
[5] C. Vida, M. Lukacevic, J. Eberhardsteiner, and J. Füssl, “Modeling approach to estimate the bending strength and failure mechanisms of glued laminated timber beams”, Engineering Structures, vol. 255, art. no. 113862, 2022, doi: 10.1016/j.engstruct.2022.113862.
[6] P. Wei, B. J. Wang, H. Li, L. Wang, S. Peng, and L. Zhang, “A comparative study of compression behaviors of cross-laminated timber and glued-laminated timber columns”, Construction and Building Materials, vol. 222, pp. 86-95, 2019, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.139.
[7] J. Xue, G. Ren, L. Qi, C. Wu, and Z. Yuan, “Experimental study on lateral performance of glued-laminated timber frame infilled with cross-laminated timber shear walls”, Engineering Structures, vol. 239, art. no. 112354, 2021, doi: 10.1016/j.engstruct.2021.112354.
[8] C. Fenemore, “Acoustics of cross-laminated timber structures”, Ph.D. thesis, The University of Auckland, 2023.
[9] V. Nasir, S. Ayanleye, S. Kazemirad, F. Sassani, and S. Adamopoulos, “Acoustic emission monitoring of wood materials and timber structures: A critical review”, Construction and Building Materials, vol. 350, art. no. 128877, 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128877.
[10] M. Braun and B. Kromoser, “The influence of inaccuracies in the production process on the load-bearing behaviour of timber step joints”, Construction and Building Materials, vol. 330, art. no. 127285, 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127285.
[11] M. Braun, M. Pantscharowitsch, and B. Kromoser, “Experimental investigations on the load-bearing behaviour of traditional and newly developed step joints for timber structures”, Construction and Building Materials, vol. 323, art. no. 126557, 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126557.
[12] M. Braun, J. Pełczyński, A. Al Sabouni-Zawadzka, and B. Kromoser, “Calibration and validation of a linear-elastic numerical model for timber step joints based on the results of experimental investigations”, Materials, vol. 15, no. 5, art. no. 1639, 2022, doi: 10.3390/ma15051639.
[13] B. Kromoser, M. Braun, and M. Ortner, “Construction of all-wood trusses with plywood nodes and wooden pegs: a strategy towards resource-efficient timber construction”, Applied Sciences, vol. 11, no. 6, art. no. 2568, 2021, doi: 10.3390/app11062568.
[14] M. Pantscharowitsch, M. Braun, and B. Kromoser, “Experimental investigations on the load-bearing behaviour of robot-manufactured timber-timber joints”, presented at World Conference on Timber Engineering, Chile, 2021.
[15] S. Berg, J. Turesson, M. Ekevad, and A. Björnfot, “In-plane shear modulus of cross-laminated timber by diagonal compression test”, BioResources, vol. 14, no. 3, pp. 5559-5572, 2019, doi: 10.15376/biores.14.3.5559-5572.
[16] J. Turesson, A. Björnfot, S. Berg, M. Ekevad, and R. Tomasi, “Picture frame and diagonal compression testing of cross-laminated timber”, Materials and Structures, vol. 52, pp. 1-12, 2019, doi: 10.1617/s11527-019-1372-7.
[17] K. Ostapska and K. A. Malo, “New approach to testing shear in wood on structural scale”, International Journal of Solids and Structures, vol. 212, pp. 46-60, 2021, doi: 10.1016/j.ijsolstr.2020.11.022.
[18] C. Timbolmas, F. J. Rescalvo, M. Portela, and R. Bravo, “Analysis of poplar timber finger joints by means of digital image correlation (dic) and finite element simulation subjected to tension loading”, European Journal of Wood and Wood Products, vol. 80, no. 3, pp. 555-567, 2022, doi: 10.1007/s00107-022-01806-6.
[19] EN 408:2010+A1:2012 Timber structures – Structural timber and glued laminated timber – Determination of some physical and mechanical properties. CEN, 2012.
[20] “SciPy documentation, Version: 1.11.4”. [Online]. Available: https://docs.scipy.org/doc/scipy/index.html. [Accessed: 27. Nov. 2023].
[21] P. Obara, “Verification of orthotropic model of wood”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 3, pp. 31-44, 2018.
[22] Abaqus Version 6.13. Simulia. Abaqus: Providence, RI, USA, 2013.
[23] K. A. Malo, O. S. Hopperstad, and O. G. Lademo, “Calibration of anisotropic yield criteria using uniaxial tension tests and bending tests”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 80-81, pp. 538-544, 1998, doi: 10.1016/S0924-0136(98)00202-7.
[24] S. Pech, M. Lukacevic, and J. Füssl, “A robust multisurface return-mapping algorithm and its implementation in Abaqus”, Finite Elements in Analysis and Design, vol. 190, art. no. 103531, 2021, doi: 10.1016/j.finel.2021.103531.
[25] M. Lukacevic, W. Lederer, and J. Füssl, “A microstructure-based multisurface failure criterion for the description of brittle and ductile failure mechanisms of clear-wood”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 176, pp. 83-99, 2017, doi: 10.1016/j.engfracmech.2017.02.020.
[26] M. Lukacevic, J. Füssl, and R. Lampert, “Failure mechanisms of clear wood identified at wood cell level by an approach based on the extended finite element method”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 144, pp. 158-175, 2015, doi: 10.1016/j.engfracmech.2015.06.066.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
