Shrinkage behavior of reinforced glulam beams: a customer-site specific case
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
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
2022-08-22
Department
Major/Subject
Structural Engineering
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Building Technology (CIV)
Language
en
Pages
84 + 11
Series
Abstract
Reinforced glulam beams are used indoors and outdoors. Holes are made into glulam beams to make space for HVAC installations. However, holes cause high tensile stress peaks to the edges of the holes perpendicular to the grain. As the glulam material has a low tensile strength in the direction perpendicular to the grain, the beams can crack and possibly fail. Failure can be prevented by reinforcing the glulam beams with, for example, threaded steel rods to provide additional tension resistance capacity in this direction. At a customer’s site, reinforced glulam beams had severely cracked. It was decided that the reasons for the cracking of the beams would be identified, and based on the results, possible design options are suggested. The beams were reinforced with threaded rods in the area of the HVAC holes. X-ray images were taken at selected points on selected beams using digital X-ray imaging to determine the condition of the threaded rods inside the glulam beam. Based on the X-ray images, FEM simulations were performed to determine the effect of the reinforcement and its installation angle in preventing the beam from drying shrinkage and the resulting stress distributions inside the beam. The X-ray images showed that the threaded rods were fully functional. FEM simu-lations showed that the 90-degree reinforcement around the HVAC hole area prevents free shrinkage, causing widespread tensile stresses perpendicular to the grain. Based on the results, the author proposed alternative design solutions to avoid repeating the same issue in the future.Vahvistettuja liimapuupalkkeja käytetään sisällä ja ulkona. LVI-asennusten vuoksi liimapuupalkkeihin tehdään reikiä. Reiät aiheuttavat kuitenkin suuria jännityshuippuja reikien reunoille syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Koska liimapuun jännityslujuus syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa on alhainen, liimapuupalkit voivat tämän seurauksena halkeilla jännitysten ylittäessä materiaalin lujuuden syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa ja palkki voi tällöin mahdollisesti murtua. Palkin murtuminen voidaan estää vahvistamalla palkit esimerkiksi teräksestä valmistetuilla kierretangoilla, jotka lisäävät vetokestävyyttä syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Eräässä asiakaskohteessa terästangoilla vahvistetut liimapuupalkit olivat halkeilleet merkittävästi. Palkkien halkeilemiseen johtaneet tekijät päätettiin selvittää, ja tulosten perusteella siten ehdottaa mahdollisia vaihtoehtoisia suunnitteluvaihtoehtoja. Palkit olivat vahvistettu kierretangoilla LVI-reikien alueelta. Liimapuupalkin sisällä olevien terästankojen kunnon selvittämiseksi otettiin valikoitujen palkkien valikoiduista kohdista röntgenkuvat digitaalisen röntgenkuvauksen avulla. Röntgenkuvien perusteella tehtiin FEM-simulaatioita, jotta saatiin selville kierretankojen ja niiden asennuskulman vaikutus palkin kuivumisen estämisessä ja kuivumiskutistuman estämisestä aiheutuvat jännitysjakaumat palkin sisällä. Röntgenkuvat osoittivat, että kierretangot olivat täysin toimintakuntoisia. FEM-simulaatiot osoittivat, että 90 asteen kulmassa asennettu vahvistus LVI-reikäalueen ympärillä estää vapaan kutistumisen. Tämä estävä vaikutus aiheuttaa laajalle leviäviä vetojännityksiä syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa. Tulosten perusteella tekijä ehdotti vaihtoehtoisia suunnitteluratkaisuja, jotta sama ongelma ei toistuisi tulevaisuudessa.Description
Supervisor
Fink, GerhardThesis advisor
Salonen, HenriKeywords
glulam, beam, reinforcement, drying, shrinkage, rod