Skip to main content
Erschienen in: Wood Science and Technology 6/2015

01.11.2015 | Original

Effective stiffness prediction of GLT beams based on stiffness distributions of individual lamellas

verfasst von: Georg Kandler, Josef Füssl, Erik Serrano, Josef Eberhardsteiner

Erschienen in: Wood Science and Technology | Ausgabe 6/2015

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The mechanical properties of structural timber—particularly in terms of stiffness and strength—are subject to high variability, which also affects the properties of timber products made from structural timber, e.g., glued laminated timber (GLT). In this paper, the influence of the longitudinal stiffness variability of wooden lamellas on the effective stiffness of GLT is investigated. In a first step, the local fiber orientation on the surfaces of 350 lamellas of Norway spruce was determined by an optical scanning device. This fiber angle information in combination with a micromechanical model for wood was used for the generation of a longitudinal stiffness profile of each lamella. Recording the position and orientation of each lamella, a total number of 50 GLT beams were assembled (with 4, 7, and 10 laminations) and tested under four-point bending. Knowing the stiffness profile of each board and its location within the GLT beam allowed for an accurate numerical finite element model, which is able to predict the effective GLT stiffness with high accuracy. Interesting insights into the relation between the stiffness of lamellas and the resulting GLT beams could be gained, and finally, a numerical simulation tool which is able to reproduce the experimental results appropriately was obtained.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
Zurück zum Zitat Blaß HJ, Frese M, Glos P, Denzler J, Linsenmann P, Ranta-Maunus A (2008) Zuverlässigkeit von Fichten-Brettschichtholz mit modifiziertem Aufbau [Reliability of spruce GLT beams with modificated design; Published in German]. Universitätsverlag Karlsruhe, Karlsruhe, Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau Blaß HJ, Frese M, Glos P, Denzler J, Linsenmann P, Ranta-Maunus A (2008) Zuverlässigkeit von Fichten-Brettschichtholz mit modifiziertem Aufbau [Reliability of spruce GLT beams with modificated design; Published in German]. Universitätsverlag Karlsruhe, Karlsruhe, Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau
Zurück zum Zitat Colling F (1990a) Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern in Abhängigkeit von den festigkeitsrelevanten Einflußgrößen. Einfluß der Trägergröße und der Belastungsart [Bending strength of GLT. Effect of beam size and load configuration; Published in German]. Holz Roh- Werkst 48:321–326CrossRef Colling F (1990a) Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern in Abhängigkeit von den festigkeitsrelevanten Einflußgrößen. Einfluß der Trägergröße und der Belastungsart [Bending strength of GLT. Effect of beam size and load configuration; Published in German]. Holz Roh- Werkst 48:321–326CrossRef
Zurück zum Zitat Colling F (1990b) Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern in Abhängigkeit von den festigkeitsrelevanten Einflußgrößen. Eintwicklung eines statistischen Modells [Bending strength of GLT. Development of a statistical model; Published in German]. Holz Roh- Werkst 48:269–273 Colling F (1990b) Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern in Abhängigkeit von den festigkeitsrelevanten Einflußgrößen. Eintwicklung eines statistischen Modells [Bending strength of GLT. Development of a statistical model; Published in German]. Holz Roh- Werkst 48:269–273
Zurück zum Zitat Colling F (1990c) Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern in Abhängigkeit von den festigkeitsrelevanten Einflußgrößen. Überprüfung des statistischen Modells mit Hilfe von Trägerversuchen [Bending strength of GLT. Verification of the statistical model by tests; Published in German]. Holz Roh- Werkst 48:391–395CrossRef Colling F (1990c) Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern in Abhängigkeit von den festigkeitsrelevanten Einflußgrößen. Überprüfung des statistischen Modells mit Hilfe von Trägerversuchen [Bending strength of GLT. Verification of the statistical model by tests; Published in German]. Holz Roh- Werkst 48:391–395CrossRef
Zurück zum Zitat DIN EN 14081–4 (2009) Timber structures—strength graded structural timber with rectangular cross section—Part 4: machine grading—grading machine settings for machine controlled systems; German version EN 14081–4:2009. DIN Deutsches Institut für Normung e.V, Berlin DIN EN 14081–4 (2009) Timber structures—strength graded structural timber with rectangular cross section—Part 4: machine grading—grading machine settings for machine controlled systems; German version EN 14081–4:2009. DIN Deutsches Institut für Normung e.V, Berlin
Zurück zum Zitat DIN EN 408 (2010) Timber structures—structural timber and glued laminated timber—determination of some physical and mechanical properties; German version EN 408:2010+A1:2012. DIN Deutsches Institut für Normung e.V, Berlin DIN EN 408 (2010) Timber structures—structural timber and glued laminated timber—determination of some physical and mechanical properties; German version EN 408:2010+A1:2012. DIN Deutsches Institut für Normung e.V, Berlin
Zurück zum Zitat Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985a) Einfluss keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern. Eingangsdaten für das Rechenmodell [Influence of finger-jointed lamellae on the bending strength of GLT beams. Input data for the computer model; Published in German]. Holz Roh- Werkst 43:369–373CrossRef Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985a) Einfluss keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern. Eingangsdaten für das Rechenmodell [Influence of finger-jointed lamellae on the bending strength of GLT beams. Input data for the computer model; Published in German]. Holz Roh- Werkst 43:369–373CrossRef
Zurück zum Zitat Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985b) Einfluss keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern. Entwicklung eines Rechenmodells [Influence of finger-jointed lamellae on the bending strength of GLT beams. Development of a computer model; Published in German]. Holz Roh- Werkst 43:333–337CrossRef Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985b) Einfluss keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern. Entwicklung eines Rechenmodells [Influence of finger-jointed lamellae on the bending strength of GLT beams. Development of a computer model; Published in German]. Holz Roh- Werkst 43:333–337CrossRef
Zurück zum Zitat Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985c) Einfluss keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern. Überprüfung des Modells mit Hilfe von Trägerversuchen [Influence of finger-jointed lamellae on the bending strength of GLT beams. Verification of the computer model by bending tests; Published in German]. Holz Roh- Werkst 43:439–442CrossRef Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985c) Einfluss keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern. Überprüfung des Modells mit Hilfe von Trägerversuchen [Influence of finger-jointed lamellae on the bending strength of GLT beams. Verification of the computer model by bending tests; Published in German]. Holz Roh- Werkst 43:439–442CrossRef
Zurück zum Zitat Fink G, Kohler J (2014) Model for the prediction of the tensile strength and tensile stiffness of knot clusters within structural timber. Eur J Wood Prod 72(3):331–341CrossRef Fink G, Kohler J (2014) Model for the prediction of the tensile strength and tensile stiffness of knot clusters within structural timber. Eur J Wood Prod 72(3):331–341CrossRef
Zurück zum Zitat Fink G, Kohler J, Frangi A (2013) Bending tests on glued laminated timber beams with well-known material properties. Technical report, Institut für Baustatik und Konstruktion der ETH Zürich Fink G, Kohler J, Frangi A (2013) Bending tests on glued laminated timber beams with well-known material properties. Technical report, Institut für Baustatik und Konstruktion der ETH Zürich
Zurück zum Zitat Foschi RO, Barrett JD (1980) Glued-laminated beam strength: a model. J Struct Div 106(8):1735–1754 Foschi RO, Barrett JD (1980) Glued-laminated beam strength: a model. J Struct Div 106(8):1735–1754
Zurück zum Zitat Gjerdrum P, Eikenes B (2014) A model for spatial wood density gradients in norway spruce stems and stochastic between-stem dissimilarities for basic and dry density. Wood Sci Technol 48(1):71–84CrossRef Gjerdrum P, Eikenes B (2014) A model for spatial wood density gradients in norway spruce stems and stochastic between-stem dissimilarities for basic and dry density. Wood Sci Technol 48(1):71–84CrossRef
Zurück zum Zitat Guindos P, Guaita M (2013) A three-dimensional wood material model to simulate the behavior of wood with any type of knot at the macro-scale. Wood Sci Technol 47(3):585–599CrossRef Guindos P, Guaita M (2013) A three-dimensional wood material model to simulate the behavior of wood with any type of knot at the macro-scale. Wood Sci Technol 47(3):585–599CrossRef
Zurück zum Zitat Hofstetter K, Hellmich C, Eberhardsteiner J (2005) Development and experimental validation of a continuum micromechanics model for the elasticity of wood. Eur J Mech Solids 24:1030–1053CrossRef Hofstetter K, Hellmich C, Eberhardsteiner J (2005) Development and experimental validation of a continuum micromechanics model for the elasticity of wood. Eur J Mech Solids 24:1030–1053CrossRef
Zurück zum Zitat Hu M, Johansson M, Olsson A, Oscarsson J, Enquist B (2015) Local variation of modulus of elasticity in timber determined on the basis of non-contact deformation measurement and scanned fibre orientation. Eur J Wood Prod 73(1):17–27CrossRef Hu M, Johansson M, Olsson A, Oscarsson J, Enquist B (2015) Local variation of modulus of elasticity in timber determined on the basis of non-contact deformation measurement and scanned fibre orientation. Eur J Wood Prod 73(1):17–27CrossRef
Zurück zum Zitat Isaksson T (2003) Structural timber—variability and statistical modelling. In: Thelandersson S, Larsen H (eds) Timber engineering. Wiley, Chichester, pp 45–66 Isaksson T (2003) Structural timber—variability and statistical modelling. In: Thelandersson S, Larsen H (eds) Timber engineering. Wiley, Chichester, pp 45–66
Zurück zum Zitat Johansson CJ (2003) Grading of timber with respect to mechanical properties. In: Thelandersson S, Larsen H (eds) Timber Engineering. Wiley, Chichester, pp 23–43 Johansson CJ (2003) Grading of timber with respect to mechanical properties. In: Thelandersson S, Larsen H (eds) Timber Engineering. Wiley, Chichester, pp 23–43
Zurück zum Zitat Leite ERdS, Hein PRG, Souza TMd, Rabelo GF (2012) Estimation of the dynamic elastic properties of wood from Copaifera langsdorffii Desf using resonance analysis. CERNE 18:41–47CrossRef Leite ERdS, Hein PRG, Souza TMd, Rabelo GF (2012) Estimation of the dynamic elastic properties of wood from Copaifera langsdorffii Desf using resonance analysis. CERNE 18:41–47CrossRef
Zurück zum Zitat Levene H (1960) Robust tests for equality of variances. In: Olkin I, Ghurye SG, Hoeffding W, Madow W, Mann HB (eds) Contributions to probability and statistics—essays in honor of Harold Hotelling. Stanford University Press, Stanford, pp 278–292 Levene H (1960) Robust tests for equality of variances. In: Olkin I, Ghurye SG, Hoeffding W, Madow W, Mann HB (eds) Contributions to probability and statistics—essays in honor of Harold Hotelling. Stanford University Press, Stanford, pp 278–292
Zurück zum Zitat Lukacevic M, Füssl J (2014) Numerical simulation tool for wooden boards with a physically based approach to identify structural failure. Eur J Wood Prod 72:497–508CrossRef Lukacevic M, Füssl J (2014) Numerical simulation tool for wooden boards with a physically based approach to identify structural failure. Eur J Wood Prod 72:497–508CrossRef
Zurück zum Zitat Nyström J (2003) Automatic measurement of fiber orientation in softwoods by using the tracheid effect. Comput Electron Agric 41:91–99CrossRef Nyström J (2003) Automatic measurement of fiber orientation in softwoods by using the tracheid effect. Comput Electron Agric 41:91–99CrossRef
Zurück zum Zitat Olsson A, Oscarsson J, Serrano E, Källsner B, Johansson M, Enquist B (2013) Prediction of timber bending strength and in-member cross-sectional stiffness variation on basis of local wood fibre orientation. Eur J Wood Prod 71(3):319–333CrossRef Olsson A, Oscarsson J, Serrano E, Källsner B, Johansson M, Enquist B (2013) Prediction of timber bending strength and in-member cross-sectional stiffness variation on basis of local wood fibre orientation. Eur J Wood Prod 71(3):319–333CrossRef
Zurück zum Zitat Oscarsson J, Serrano E, Olsson A, Enquist B (2014) Identification of weak sections in glulam beams using calculated stiffness profiles based on lamination surface scanning. In: Proceedings of world conference on timber engineering, WCTE2014, Quebec, Canada Oscarsson J, Serrano E, Olsson A, Enquist B (2014) Identification of weak sections in glulam beams using calculated stiffness profiles based on lamination surface scanning. In: Proceedings of world conference on timber engineering, WCTE2014, Quebec, Canada
Zurück zum Zitat Petersson H (2010) Use of optical and laser scanning techniques as tools for obtaining improved FE-input data for strength and shape stability analysis of wood and timber. In: IV European conference on computational mechanics, Paris, France Petersson H (2010) Use of optical and laser scanning techniques as tools for obtaining improved FE-input data for strength and shape stability analysis of wood and timber. In: IV European conference on computational mechanics, Paris, France
Zurück zum Zitat Steiger R, Arnold M (2009) Strength grading of Norway spruce structural timber: revisiting property relationships used in en 338 classification system. Wood Sci Technol 43(3–4):259–278CrossRef Steiger R, Arnold M (2009) Strength grading of Norway spruce structural timber: revisiting property relationships used in en 338 classification system. Wood Sci Technol 43(3–4):259–278CrossRef
Zurück zum Zitat Wang YT, Foschi RO (1992) Random field stiffness properties and reliability of laminated wood beams. Struct Saf 11(3–4):191–202CrossRef Wang YT, Foschi RO (1992) Random field stiffness properties and reliability of laminated wood beams. Struct Saf 11(3–4):191–202CrossRef
Zurück zum Zitat Zhou J, Shen J (2003) Ellipse detection and phase demodulation for wood grain orientation measurement based on the tracheid effect. Opt Lasers Eng 39(1):73–89CrossRef Zhou J, Shen J (2003) Ellipse detection and phase demodulation for wood grain orientation measurement based on the tracheid effect. Opt Lasers Eng 39(1):73–89CrossRef
Metadaten
Titel
Effective stiffness prediction of GLT beams based on stiffness distributions of individual lamellas
verfasst von
Georg Kandler
Josef Füssl
Erik Serrano
Josef Eberhardsteiner
Publikationsdatum
01.11.2015
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Wood Science and Technology / Ausgabe 6/2015
Print ISSN: 0043-7719
Elektronische ISSN: 1432-5225
DOI
https://doi.org/10.1007/s00226-015-0745-5

Weitere Artikel der Ausgabe 6/2015

Wood Science and Technology 6/2015 Zur Ausgabe

IAWS NEWS

IAWS News