Analytical models tracing deformation of wood-framed walls during vertical transport

• Autorzy: Malesza Jarosław , Miedziałowski Czesław

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.136465

Warianty tytułu

PL

Analityczne modele drewnianych szkieletowych ścian do opisu deformacji w transporcie pionowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Vertical transport of wall-panels is a part of the prefabrication process of wood-framed buildings. The total dead weight of a wall is suspended on several lifting slings, pointwise clasping the top plate of the wall. This indicates, that all the weight of a wall is cumulated in sheathing-to-framing fasteners, usually staples. This article presents experimental investigations and analytical models evaluated for the description of light wood-framed walls in the process of lifting. Three different models cover the analytical approach: a model of a simple beam on elastic supports (BSS), a model of assembled beams (ACBS), three-dimensional (3D) spatial FE model of the wall (WFEM). Board-to-beam joint material parameters are determined on the base of experimental results. These connections are converted into two variants in the form of spring elements for 2D analysis, and beam elements for 3D analysis. The numerical results exhibit that the proposed models may correctly represent behavior of a real wall in lifting, applying elastic materials parameters.

PL

Transport pionowy tarcz ściennych jest częścią procesu prefabrykacji szkieletowych budynków drewnianych. Cały ciężar ściany spoczywa wówczas na kilku zawiesiach zaplecionych wokół górnej belki ściany. Oznacza to, iż obciążenie to kumuluje się w łącznikach (zszywkach) łączących górną belkę z poszyciem ściany. W artykule opisano badania doświadczalne oraz zaproponowano modele obliczeniowe ścian poddanych odkształceniom w procesie podnoszenia. W badaniach szczególną uwagę zwrócono na miejsca zaczepienia zawiesi i ich wpływ na pracę statyczną elementów konstrukcji. Dodatkowym efektem badań był wpływ wad materiałowych na zachowanie się konstrukcji. Badania eksperymentalne prowadzono do zniszczenia, które dla tarcz bez otworów i bez widocznych wad materiałowych obserwowano przy obciążeniu około P=50kN, natomiast w przypadku tarczy z wadami materiałowymi obciążenie niszczące osiągnęło wartość P=34kN. Dzięki badaniom uzyskano obraz deformacji górnego rygla oraz łączników poszycia i konstrukcji drewnianej w szczególności w obszarze bezpośrednich oddziaływań sił pochodzących od zawiesi. W artykule zaproponowano trzy modele obliczeniowe do oceny deformacji ścian: model belki na sprężystych podporach (BSS), model belek złożonych z połączeniami w postaci sprężyn (ACBS) i przestrzenny model MES (WFEM). W modelach belkowych połączenia opisano za pomocą elementów sprężynowych, a w modelu 3D za pomocą elementów belkowych. Parametry materiałowe użyte w opisie połączeń określono na podstawie badań złączy na zszywki. Analizy teoretyczne wykazała bardzo dobrą zbieżność modeli teoretycznych z badaniami doświadczalnymi w zakresie obciążeń P od około 8kN do 20kN. Ten zakres obciążeń określono na podstawie rzeczywistych obciążeń wynikających z ciężarów podnoszonych elementów, ponadto wielkości tych obciążeń wynikają z liniowo-sprężystej fazy pracy łącznika w połączeniu płyty poszycia z konstrukcją. Obciążenia powyżej P=20,00 kN wykazują w analizach modelowych większą sztywność niż to wynika z rezultatów badań doświadczalnych tarcz. Zaproponowany nowy, złożony model belkowy (ACBS) z dużą dokładnością odwzorowuje rzeczywistą pracę konstrukcji ścian na obciążenia ciężarem własnym w procesie podnoszenia. Może być zastosowany do ścian o różnej długości i konfiguracji otworów. Model ten w łatwy sposób może służyć ocenie wytężenia łączników, a w szczególności określeniu takiego rozstawu zawiesi, w którym zagwarantowane jest bezpieczne przenoszenie ściany. Jako kryterium bezpieczeństwa można, w zależności od wymagań, przyjąć: dopuszczalną nośność, dopuszczalną deformację lub dopuszczalną podatność łącznika.

Słowa kluczowe

EN

wood-framed wall; vertical lifting; analytical model; deformation; fastener

PL

ściana szkieletowa drewniana; transport pionowy; model analityczny; odkształcenie; łącznik

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 1
• Strony: 131--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Malesza Jarosław

• Bialystok University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Environmental Sciences, Bialystok, Poland

autor

Miedziałowski Czesław

• Bialystok University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Environmental Sciences, Bialystok, Poland

Bibliografia

• 1. C. S. Hu, C. G. Li, H. X. Liao, K. F. Li, N. X. Dai, Load behaviors of a prefabricated wood framing house during lifting and transportation. Forestry Studies in China 9, 221-224, 2007.
• 2. O. S. Mohsen, P. Knytl, B. Abdulaal, J. Olearczyk, Simulation of modular building construction. Proceedings of the 2008 Winter Simulation Conference S. J. Mason, R. R. Hill, L. Monch, O. Rose, T. Jefferson, J.W. Fowlereds, 2008.
• 3. L. M. Ottenhaus, Analytical method to derive overstrength of dowel-type connections, INTER Meeting 51, Tallinn, Estonia, August 2018. Proceedings edited by Rainer Gorlacher, Karlsruhe, Germany, 2018.
• 4. R. Lemaitre, J. F. Bocquet, M. Schweigler, T. K. Bader, Beam-on-Foundation (BOF), Modelling as an alternative design method for timber joints with dowel‐type fasteners - part 1: Strength and stiffness per shear plane of single‐fastener joints. INTER Meeting 51, Tallinn, Estonia, August 2018. Proceedings edited by Rainer Gorlacher, Karlsruhe, Germany, 2018.
• 5. R. Jockwer, A. Jorissen, Load-deformation behavior and stiffness of lateral connections with multiple dowel type fasteners. INTER Meeting 51, Tallinn, Estonia, August 2018. Proceedings edited by Rainer Gorlacher, Karlsruhe Germany, 2018.
• 6. S. Mills, D. Grove, M. Egan, Braking the pre-fabricated ceiling: challenging the limits for modular high-rise, CTBUH, Research paper, New York, 2015.
• 7. M. Malesza, Cz. Miedziałowski, Discrete analytical model of wood - framed with sheathing building structures and selected experimental test results. Archives of Civil Engineering, XLIX, 2, 2003.
• 8. J. Malesza, Effective model for analysis of wood-framed timber structures, Archives of Civil Engineering Nr. 2, 2017.
• 9. J. Malesza, Cz. Miedziałowski, Wybrane aspekty realizacji modułowych szkieletowych budynków drewnianych, Materiały Budowlane 12 (nr 496), 2013.
• 10. Z. Liu, Z. Gu, Y. Bai, N. Zhong, Intermodal transportation of modular structure units, World Review Intermodal Transport Research, 7(2), 99-123, 2018.
• 11. M. Dudziak, I. Malujda, K.Talaśka, T. Łodygowski: Analysis of the process of wood plasticization by hot rolling. Journal Of Theoretical And Applied Mechanics 54, 2, Warsaw 2016
• 12. T. Reynolds, V. Enjily, Timber frame buildings: a guide to the construction proces, UK: BRE Centre for Timber Technology and Construction, 2006.
• 13. PN-EN 380:1998 - Timber structures. Tests methods - general methods of tests under static loadings.
• 14. PN-EN 383:2007 - Timber structures. Test methods - Determination of embedment strength and foundation values for dowel type fasteners.
• 15. PN-EN 384:2010 - Structural timber. Determination of characteristic values of mechanical properties and density.
• 16. EN 14081-2:2010 - Timber structures. Strength graded structural timber with rectangular cross section. Part 2: Machine grading, additional requirements for initial type testing.
• 17. EN 14081-3:2012 - Timber structures. Strength graded structural timber with rectangular cross section. Part 3: Machine grading, additional requirements for factory production control.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).