Strengthening of notched timber beams

[М. Г. Тодоровић]

XV, 190 листова

Грађевинарство - Дрвене конструкције / Structural engineering - Timber structures

Потреба за редукцијом висине дрвених носача најчешће се јавља код ослонаца, када архитектонски услови обликовања конструкције захтевају смањену висину на овом месту. Као последица редукције висине, а услед сложеног напонског стања (затезање управно на влакна и смицање), на засеченим деловима носача формирају се хоризонталне пукотине. Пропагација пукотине може довести до лома носача. Разматрајући проблеме који се јављају са редукцијом висине дрвених носача, овај рад има за циљ да утврди могућности примене ојачања и предложи методе прорачуна носача са редукованом висином пресека код ослонаца. Акценат је стављен на примену савремених материјала као што су GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer) шипке за ојачање. У оквиру овог рада извршена су експериментална испитивања на савијање до лома неојачаних и ојачаних носача од лепљеног ламелираног дрвета са редукованом висином пресека код ослонаца. Као ојачање су коришћени завртњеви и GFRP шипке. Понашање носача је описано кроз дијаграме сила - угиб, расподелу напона и деформација, облике лома и вредности граничне носивости. Поред наведеног, анализиране су различите конфигурације ојачања на месту редукције висине пресека како би се дошло до оптималног распореда с аспекта максималног побољшања носивости у односу на неојачане носаче. Добијени резултати експерименталних испитивања неојачаних и ојачаних засечених носача су послужили као основа за дефинисање аналитичких метода прорачуна и нумеричких модела на бази методе коначних елемената развијених у Abaqus-у. На основу теоријских разматрања и експерименталних испитивања утврђено је да GFRP шипке представљају ефикасно средство ојачања дрвених носача са редукованом висином пресека код ослонаца. Адекватно постављање ојачања може обезбедити пуну носивост носача на савијање, као да нема слабљења пресека.

Notches in timber beams are usually made at the supports, as a consequence of architectural design requirements that ask for a reduction in height at these positions. As a result of height reduction, and due to a complex stress state (tensile stress perpendicular to grain and shear stress), horizontal cracks are formed at the notches. Crack propagation can lead to beam failure in the notch area. Considering the problems that occur in notched beams, this thesis aims to determine the possibilities of reinforcement techniques and to propose design methods of end-notched beams. The emphasis is placed on the application of modern materials such as GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymer) rods as a reinforcement. In this thesis, bending tests on unreinforced and reinforced end-notched glulam beams were carried out until the point of failure. Screws and GFRP rods were used as reinforcement. Behaviour of tested beams is described through load-deflection diagrams, distribution of stresses and deformations, failure modes and ultimate loads. In addition, different reinforcement schemes of notches have been analysed in order to determine an optimal configuration from the aspect of ultimate load improvement in relation to the unreinforced beams. The obtained results of experimental investigations on unreinforced and reinforced end-notched beams served as a basis for defining analytical design methods and numerical models based on the finite element method developed in Abaqus. Based on theoretical and experimental analysis it was determined that GFRP rods represent an effective method of end-notched beams reinforcement. Adequate reinforcement technique can restore the full load carrying capacity of end-notched beams, as if there were no notches at the supports.

лепљено ламелирано дрво, носач, редукција висине пресека, ојачање, завртњеви, GFRP шипке, експериментално испитивање, аналитички прорачун, МКЕ

glulam, beam, notch, reinforcement, screws, GFRP rods, experimental investigation, analytical design, FEM

624.011.1(043.3)

Tekst