Innovativa förband för träbyggande

Träs konkurrenskraft som konstruktionsmaterial, särskilt avseende stora konstruktioner, styrs till stor del av konstruktionsförbandens egenskaper och kostnad. Målet för detta projekt är bra och innovativ förbandsutformning för ett
industrialiserat träbyggande med en hög grad av förtillverkning. Forskningen kommer att inkludera metoder för lokal armering av trä vinkelrätt fiber. Arbetet planeras innefatta två delar: I) Sammanställning av en rapport med enkla skisser och tillhörande korta beskrivningar och diskussioner av tillgängliga och tänkbara förbandstyper och metoder för lokal armering. II) Ett licentiatforskningsarbete för en utvald typ av innovativt förband: Provning av bärförmåga vid kort- och långvarig belastning; Spänningsanalys med FEM; Hållfasthetsanalysis med FEM och brottmekanik inklusive hänsyn till spridning i materialegenskaper och spänningar inducerade av fuktändringar; Utveckling av konstruktionsberäkningsanvisningar, möjligen baserade på fackverksanalogi. Projektet kommer att utföras i samarbete mellan Avdelningarna Byggnadsmekanik och Konstruktionsteknik, Lunds universitet, och industri. Delen I) kommer att genomföras av erfarna träkonstruktionsingenjörer och
forskare; Delen 2) av en forskarstuderande med bistånd av handledare.

Träs konkurrenskraft jämfört med andra konstruktionsmaterial som betong och stål bestäms till stor del av egenskaper och kostnader för arrangemangen för sammansättning av konstruktionens olika delar. Sammansättningarna, de så kallade konstruktionsförbanden, kan som exempel var hopfogningen mellan en pelare och en balk, skarvningen av två eller flera balkar till en längre balk, sammansättningen av de olika delarna i ett fackverk, i en taknok eller vid en takfot, hopkopplingen mellan en limträpelare och en betonggrund, mellan en betongbalk och en limträbalk, mellan ett stålstag och trä, mellan en krysslimmad massivträskiva och en regel, etc. Målet för detta projekt är bra och innovativ utformning av förband, särskilt i samband med ett industrialiserat träbyggande som karakteriseras av en hög grad av förtillverkning, hög kvalitet och en rationell byggprocess. Speciellt för trä är att trä har en förhållandevis mycket låg hållfasthet vid belastning vinkelrätt mot träets fiberriktning: bara 2-3 % av hållfastheten i fiberriktningen. Belastning vinkelrätt fiber uppkommer ofta i närheten av förband. Därför kommer projektet också att innefatta metoder för lokal förstärkning av trä. Arbetet planeras att ha två huvuddelar, I) och
II): I) Sammanställning av en rapport med enkla skisser och korta beskrivningar av olika tillgängliga och tänkbara förbandstyper: utformning, verkningssätt och enkel bedömning av särskilda egenskaper. II) Ett licentiatforskningsarbete för en
utvald typ av innovativt förband: a) Provning av bärförmåga vid kort- och långvarig belastning; b) Analys av spänningarna i förbandet mha en datorbaserad beräkningsmetod för hållfasthetsberäkningar, FEmetoden; c) Styrkeberäkningar med hjälp av FE-metoden med utgångspunkt från träs egenskaper i fråga om styrka, styvhet, sprödhet, spridning i materialegenskaper och spänningar i träet orsakade av uttorkning; d) Utveckling av beräkningsanvisningar för enkel dimensionering. För några typer av innovativa förband och förstärkningsmetoder pågår eller har nyligen genomförts inledande provningar, bland annat inom ramen för ett antal examensarbeten. Dessa arbeten har bland annat avsett två metoder för montering av t.ex fackverk med hjälp en enstaka kraftig ståldymling (en stålbult eller ett kort kraftigt stålrör) i fackverkets knutpunkter. Den ena metoden innefattar förstärkning av träet runt hålet för dymlingen med hjälp av inlimmade trästavar. Den andra metoden bygger på limning av stålplattor på träet med hjälp av en gummifolielimteknik. Inlimmade trästavar kan beroende på hur de orienteras användas för att öka tryck- och draghållfasthet och skjuvhållfasthet. Tänkbart användningsområde är brett och ungefär som för långa självborrande skruvar och inlimmade stålstänger, som används allt mer för förstärkning vinkelrätt fiber, fast förmodlingen till väsentligt högre kostnad än inlimmade trästavar. Gummifolielimtekniken har visat sig möjliggöra limförband med extremt hög bärförmåga och har många tänkbara användningsområden för förband stål-trä och trä-trä. Projektet kommer att utföras i samarbete mellan avdelningarna Byggnadsmekanik och Konstruktionsteknik vid Lunds universitet och deltagare från industri.
Delen I) kommer att genomföras av erfarna träkonstruktionsingenjörer och forskare; Delen 2) av en forskarstuderande och handledare. Projektdelen II) kan förväntas bidra både till utveckling av bra förband och till utvecklingen
hållfasthetsberäkningsmetoder för trä allmänt, speciellt tillämpning av vetenskapsgrenen brottmekanik på trä.