Structural behaviour of LVL ribbed panel walls under vertical and horizontal loads
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-26
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology
Language
en
Pages
152
Series
Abstract
LVL ribbed panel walls are prefabricated wall elements made by structurally gluing Laminated Veneer Lumber (LVL) ribs to a panel. To enable better connection between the wall elements laid on top of each other, structurally glued LVL rails may be added to the rib ends. LVL ribbed panel walls are characterized by effective use of material, lightness, high strength and stiffness, which make the wall elements suitable for multistorey timber buildings. LVL ribbed panel walls are a new innovation and currently no method for their design exists. Aim of this thesis was to generalize existing Eurocode 5 and CLT shear wall design methods. Structural behaviour of LVL ribbed panel walls was separately examined under vertical and horizontal loads. The research questions related to the determination of critical load, racking strength and horizontal deformations. The study started by a literature review based on which analytical models were proposed. The models were further verified by compression and racking strength tests. As a result, it was shown that the critical load of LVL ribbed panel walls can be determined by one-dimensional Euler-Bernoulli beam theory. Effective bending stiffness of the walls was calculated assuming a fully rigid glue line and considering LVL panel with an effective local buckling flange width. On the other hand, racking strength tests proved that LVL ribbed panel walls have high racking strength and transverse stiffness. However, full racking strength of LVL ribbed panel walls can rarely be utilized since the shear and anchorage connectors typically limit the racking strength. Due to high transverse stiffness, the horizontal deformations of LVL ribbed panel walls were mainly caused by rigid body rotations. The rotation deformation due to the uplift of anchored corner was considered similarly as with CLT walls. In addition, another rotation deformation mode due to the compression displacement of compressed corner was detected and model for it developed. This deformation mode had significant effect when LVL rails were used and compression perpendicular to grain occurred at the compressed corner. LVL rails reduced also significantly the compression capacity of LVL ribbed panel walls. Although a model for the capacity of the rails compressed perpendicular to the grain were developed, further studies on the details of the connections between LVL ribbed panel wall elements are recommended.LVL ripalevyseinät ovat viilupuu (LVL) rivoista ja levystä rakenteellisesti liimaamalla valmistettuja seinäelementtejä. Päällekkäisten seinäelementtien paremman liitoksen mahdollistamiseksi, ripojen päihin voidaan vielä lisätä rakenteellisesti liimatut LVL vaakajuoksut. LVL ripalevyseinät ovat materiaalitehokkaita, kevyitä, lujia ja jäykkiä, minkä takia seinäelementit soveltuvat monikerroksisiin puurakennuksiin. LVL ripalevyseinät ovat uusi innovaatio ja tällä hetkellä niiden suunnitteluun ei ole olemassa mitoitusmenetelmää. Tämän tutkimuksen tavoite oli yleistää Eurokoodi 5:n ja CLT jäykistysseinien mitoitusmenetelmiä LVL ripalevyseinille. LVL ripalevyseinien rakenteellista käyttäytymistä tutkittiin erikseen pysty- ja vaakakuormitettuina. Tutkimuskysymykset liittyivät seinäelementtien kriittisen nurjahduskuorman, vaakavoimakestävyyden ja vaakasiirtymien määrittämiseen. Tutkimus alkoi kirjallisuuskatsauksella, jonka pohjalta esitettiin analyyttiset laskentamallit. Mallit verifioitiin edelleen puristus- ja vaakakokeilla. Tutkimuksen tuloksena osoitettiin, että LVL ripalevyseinien kriittinen nurjahduskuorma voidaan määrittää yksiulotteista Euler-Bernoulli-palkkiteoriaa käyttäen. Seinien tehollinen taivutusjäykkyys laskettiin olettaen ripojen ja levyn välisen liimasauman käyttäytyvän täysin jäykkänä liitoksena. Lisäksi LVL levylle käytettiin tehollista leveyttä levyn lommahduksen huomioimiseksi. Toisaalta vaakakokeilla todistettiin, että LVL ripalevyseinillä on erinomainen vaakavoimakestävyys ja poikittaisjäykkyys. LVL ripalevyseinien koko vaakavoimakestävyyttä pystytään kuitenkin vain harvoin hyödyntämään, koska tyypillisesti leikkaus- ja ankkuriliittimet rajoittavat vaakavoimakestävyyttä. Suuren poikittaisjäykkyyden takia, LVL ripalevyseinien vaakasiirtymät johtuivat suurimmaksi osaksi seinien rotaatiosta. Vedetyn alanurkan noususta johtuva rotaatiosiirtymä käsiteltiin työssä samalla tavalla kuin CLT jäykisteseiniä suunniteltaessa. Lisäksi LVL ripalevyseinissä havaittiin merkittävä puristetun alanurkan puristumasta johtuva rotaatiosiirtymä. Työssä kehitettiin laskentamalli kyseiselle rotaatiosiirtymälle ja se on tärkeä huomioida suunnittelussa LVL vaakajuoksuja käytettäessä poikittaisen puristuksen takia. LVL vaakajuoksut alensivat myös merkittävästi LVL ripalevyseinien puristuskapasiteettia. Vaikka poikittain puristettujen vaakajuoksujen kapasiteetille kehitettiin laskentamalli, jatkotutkimusta päällekkäisten seinäelementtien liitoksen yksityiskohtien suunnitteluun suositellaan.Description
Supervisor
Fink, GerhardThesis advisor
Hakkarainen, JouniHeikkilä, Janne
Keywords
LVL, wall element, ribbed panel, critical buckling load, racking strength, horizontal deformations