Afstudeeronderzoek. De krachtsverdeling in en sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren" J.R. van Otterloo

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Afstudeeronderzoek. De krachtsverdeling in en sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren" J.R. van Otterloo 5-11-2013"

Lodewijk de Haan
8 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Afstudeeronderzoek De krachtsverdeling in en sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren" J.R. van Otterloo Delft University of Technology Challenge the future

2 Afstudeeronderzoek "De krachtsverdeling in en sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren" Kenmerken van houten sluisdeuren Huidige knelpunten bij de toetsing van de uiterste grenstoestand Onderzoek naar de krachtsverdeling in de pen-gat verbinding; sterktereductie pen door splijten Conclusies en aanbevelingen 2

toetsing van de uiterste grenstoestand Onderzoek naar de krachtsverdeling in de

3 Kenmerken van houten sluisdeuren Vakmanschap en traditie Ontwerp afgelopen honderden jaren geperfectioneerd Pen en gat verbinding sleutelelement 3

4 Toetsing uiterste grenstoestand Toetsing van de regel: Unity check op buiging, druk voldoet Unity check pen-gat verbinding: τ d = 1.5V bαd k vf v,d k v = k n i1.5 d d α 1 α x d 1 α α2 Voor een pen-gat verbinding met traditionele afmetingen τ gebruikelijke unity check: d 5 1 voldoet niet k v f v,d 4

5V bαd k vf v,d k v = k n 1 + 1.1i1.5 d d α 1 α + 0.

5 Toetsing uiterste grenstoestand Krachtsverdeling binnen pen-gat verbinding 5

6 Toetsing uiterste grenstoestand Knelpunten bij toetsing van de pen-gat verbinding Werkelijke krachtsverdeling in pen-gat verbinding onbekend Reductie sterkte loofhouten pen onzeker 6

7 Toetsing uiterste grenstoestand Knelpunten bij toetsing van de pen-gat verbinding Werkelijke krachtsverdeling in pen-gat verbinding onbekend Reductie sterkte loofhouten pen onzeker 7

8 Krachtsverdeling Lokaal 2D 3D y z x 8

9 Krachtsverdeling Lokaal 9

10 Krachtsverdeling Eindige-elementenmodel Lineair elastisch rekenmodel Geen spanningscontrole rond oksel Geen modelering bezwijkmechanisme 10

11 Krachtsverdeling Eindige-elementenmodel 11

12 Krachtsverdeling Eindige-elementenmodel: resultaten 12

13 Krachtsverdeling Eindige-elementenmodel: belangrijkste conclusies Dwarskracht uit de regel wordt voornamelijk afgedragen via de pen De krachtsverdeling wordt gekenmerkt door een 3D effect Reactiekracht uit pen is verschoven richting begin pen Verschuiving reactiekracht veroorzaakt negatief moment welke in evenwicht is met wrijvingskracht aan de achterkant van de achterhar Spanningen niet kritiek 13

Reactiekracht uit pen is verschoven richting begin pen Verschuiving reactiekracht veroorzaakt

14 Toetsing uiterste grenstoestand Knelpunten bij toetsing van de pen-gat verbinding Werkelijke krachtsverdeling in pen-gat verbinding onbekend Reductie sterkte loofhouten pen onzeker 14

15 Theoretische sterkte nok Reductieformule is als volgt afgeleid door P.J. Gustafsson: 2V αd d βd x L/2 L/2 15

16 Theoretische sterkte nok Theoretische basis uitdrukking voor nokken (TEN): ΔW p = 1 2 VΔδ V f bαd = G f,y d 0.6 α α 2 G xy + β 6 1 α α2 E x αd d V βd x Δx L/2 16

17 Theoretische sterkte nok Drie belangrijke materiaaleigenschappen: V f bαd = G f,y d 0.6 α α 2 G xy + β 6 1 α α2 E x 17

18 Afleiding formule Eurocode 5 V f bαd = G f,y d 0.6 α α 2 G xy + β 6 1 α α2 E x 3 V f 2 bαd = k vf v k v = K = 1 3 k K d α α β 1 α α2 E x G f,y f v 2 5 voor naaldhout 18

19 Afleiding formule Eurocode 5 3 V f 2 bαd = k vf v k v = k K d α α β 1 α α2 K = 1 3 E x G f,y f v 2 τ d = 1.5V bαd k vf v,d k v = k n i1.5 d d α 1 α x d 1 α α2 19

8β 1 α α2 K = 1 3 E x G f,y f v 2 τ d = 1.

20 Achtergrond sterkteformule nok volgens Eurocode 5 Conclusies Splijten van een ligger met nok heeft geen relatie met de afschuifsterkte zoals Eurocode 5 impliceert is bovenal afhankelijk van splijtenergie loodrecht op de vezel buigstijfheid evenwijdig aan de vezel afschuifstijfheid Formule uit Eurocode 5 is gekalibreerd op proeven op naaldhout Materiaaleigenschappen naaldhout verwerkt in de factor k n Formule Eurocode 5 is rekentruc t.b.v. praktische toetsing τ d = 1.5V bαd k vf v,d k v = k n i1.5 d d α 1 α x d 1 α α2 20

afschuifstijfheid Formule uit Eurocode 5 is gekalibreerd op proeven op naaldhout Materiaaleigenschappen naaldhout verwerkt in de

21 Theoretische sterkte pen V f bαd = G f,y d 0.6 α α 2 G xy + β 6 1 α α2 E x 21

22 Theoretische sterkte pen Theoretische basis uitdrukking voor pennen (TET): V f bαd = 2 G f,y bα 2 d 1,2 1 bα 1 1 b G + 2cβd β2 α 3 1 Eb 22

23 Proefresultaten Proeven uitgevoerd voor een BSc-eindwerk (Vermeij, 2011) Proeven uitgevoerd binnen dit onderzoek: 23

24 Proefresultaten Conclusies De sterkteformule uit Eurocode 5 is bevestigd voor Vuren nokken Voor Azobé nokken en Vuren en Azobé pennen worden conservatieve resultaten verkregen. TEN geeft goede resultaten voor nokken De splijtenergie van Azobé is nog onzeker TET geeft goede resultaten voor pennen Varieren uitkraging pen goed benaderd Varieren geometrie pen (nog) niet benaderd 24

25 Belangrijkste conclusies Dwarskracht uit de regel wordt voornamelijk afgedragen via de pen De krachtsverdeling wordt gekenmerkt door een 3D effect Formule uit Eurocode 5 is gekalibreerd met proeven op naaldhout Materiaaleigenschappen naaldhout verwerkt in de factor k n Formule niet toepasbaar voor loofhout Formule Eurocode 5 toepasbaar voor nokken Zowel Vuren pennen als Azobé pennen slecht benaderd Theoretische basis uitdrukking voor pennen is toepasbaar voor pennen Invloed geometrie moet verder worden onderzocht 25

26 Aanbevelingen Krachtsverdeling Aanvullend onderzoek naar de krachtsverdeling in de pen-gat verbinding Modeleren van de verbinding in 3D Modeleren verschillende relatieve geometrieën 26

27 Aanbevelingen Sterkte nok en pen Aanpassing van Eurocode 5 Vermelding dat huidige sterkteformule alleen geldig is voor naaldhout Uiteindelijk zal voor loofhout en de geometrie van een pen aanvullingen moeten worden toegevoegd Meer experimenteel onderzoek naar sterkte van pennen variëren van houtsoort geometrie lengte uitkraging pen Onderzoek naar splijtenergie van loofhoutsoorten 27

28 Afstudeerrapport Voor een digitale versie van het gehele afstudeerrapport + bijlagen; U gaat naar de digitale bibliotheek van de TU Delft: U zoekt op mijn naam: Van Otterloo U vindt vervolgens het afstudeerrapport: Force distribution and connection strength in timber lock gates 28

29 Afstudeeronderzoek De krachtsverdeling in en sterkte van de pen-gat verbinding in houten sluisdeuren" J.R. van Otterloo Delft University of Technology Challenge the future

30 Proefresultaten Azobé pennen 012 Average shear stress at failure accoring tests [N/mm2] Average shear stress at failure according model [N/mm2] Eurocode 5 TEN TET Boundary test results equal model results Lineair (TEN) Lineair (TET) 30

31 Proefresultaten Azobé pennen 012 Average shear stress at failure accoring tests [N/mm2] Average shear stress at failure according model [N/mm2] Eurocode 5 TET A TET A TET A TET A Boundary test results equal model results 31

32 Krachtsverdeling Resultaten eindige-elementenmodel: normaalspanning 1-richting Drukkracht uit regel wordt afgedragen via boven en onderzijde achterhar 32

33 Krachtsverdeling Resultaten eindige-elementenmodel: normaalspanning 2-richting Hoge drukspanningen bij einde pen en achterkant achterhar Hoge trekspanningen achter gat achterhar Groot deel belasting afgedragen door 3D effect, kleiner deel direct via aanslag Relatief kleine trekspanningen nabij oksel pen 33

34 Krachtsverdeling Resultaten eindige-elementenmodel: schuifspanningen Nabij oksel pen relatief hoge schuifspanningen (door invloed discontinuïteit) Schuifspanningen wisselen van teken in pen negatief moment Hoge schuifspanningen achterkant achterhar 34

Vergelijkbare documenten

Productontwikkeling 3EM

Vragen Productontwikkeling 3EM Les 10 Sterkteleer (deel 3) Zijn er nog vragen over voorgaande lessen?? Paul Janssen 2 Schuifspanning Schuifspanning Schuifspanning (afschuiving) Dwarskrachten of afschuifkrachten