Skip to main content
Erschienen in: European Journal of Wood and Wood Products 3/2014

01.05.2014 | Original

Model for the prediction of the tensile strength and tensile stiffness of knot clusters within structural timber

verfasst von: Gerhard Fink, Jochen Kohler

Erschienen in: European Journal of Wood and Wood Products | Ausgabe 3/2014

Einloggen

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

search-config
loading …

Abstract

In the present paper, a model for the prediction of the local strength and stiffness properties is developed. Compared to existing models, here the local material properties are described according to their morphological characteristics; i.e. the timber boards are subdivided into sections containing knots (knot sections) and sections without knots (clear wood sections). The strains of the corresponding sections are measured during non-destructive tensile tests using an optical camera device. Based on these measurements the tensile stiffness of each particular section is estimated. For the estimation of the tensile strength, destructive tensile tests are performed. Herewith, the tensile strength of the entire timber board is measured. The strength of the other knot clusters are estimated using censored regression analysis. Taking into account the results of the experimental investigation, material models are developed to predict the tensile strength and the tensile stiffness of knot clusters.

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

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!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

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!

Literatur
Zurück zum Zitat Benjamin JR, Cornell CA (1970) Probability, statistics and decisions in civil engineering. Mc Graw-Hill Book Company, New York Benjamin JR, Cornell CA (1970) Probability, statistics and decisions in civil engineering. Mc Graw-Hill Book Company, New York
Zurück zum Zitat Blaß HJ, Frese M, Glos P, Denzler JK, Linenmann P, Ranta-Maunus A (2008) Zuverlässigkeit von Fichten-Brettschichtholz mit modifiziertem Aufbau, vol 11. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe Blaß HJ, Frese M, Glos P, Denzler JK, Linenmann P, Ranta-Maunus A (2008) Zuverlässigkeit von Fichten-Brettschichtholz mit modifiziertem Aufbau, vol 11. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe
Zurück zum Zitat Boatright SWJ, Garrett GG (1979a) The effect of knots on the fracture strength of wood i. a review of methods of assessment. Holzforschung 33(3):68–72CrossRef Boatright SWJ, Garrett GG (1979a) The effect of knots on the fracture strength of wood i. a review of methods of assessment. Holzforschung 33(3):68–72CrossRef
Zurück zum Zitat Boatright SWJ, Garrett GG (1979b) The effect of knots on the fracture strength of wood ii. a comparative study of methods of assessment, and comments on the application of fracture mechanics to structural timber. Holzforschung 33(3):72–77CrossRef Boatright SWJ, Garrett GG (1979b) The effect of knots on the fracture strength of wood ii. a comparative study of methods of assessment, and comments on the application of fracture mechanics to structural timber. Holzforschung 33(3):72–77CrossRef
Zurück zum Zitat Buckley J, James I (1979) Linear regression with censored data. Biometrika 66:429–36CrossRef Buckley J, James I (1979) Linear regression with censored data. Biometrika 66:429–36CrossRef
Zurück zum Zitat CEN (2003) DIN EN 408, Timber structures, structural timber and glued laminated timber, determination of some physical and mechanical properties. German version CEN (2003) DIN EN 408, Timber structures, structural timber and glued laminated timber, determination of some physical and mechanical properties. German version
Zurück zum Zitat CEN (2009) DIN EN 14081-4, Timber structures, strength graded structural timber with rectangular crosssection Part 4: Machine grading Grading machine settings for machine controlled systems. German version CEN (2009) DIN EN 14081-4, Timber structures, strength graded structural timber with rectangular crosssection Part 4: Machine grading Grading machine settings for machine controlled systems. German version
Zurück zum Zitat CEN (2010) DIN EN 384, Structural timber, Determination of characteristic values of mechanical properties and density. German version EN 384:2010 CEN (2010) DIN EN 384, Structural timber, Determination of characteristic values of mechanical properties and density. German version EN 384:2010
Zurück zum Zitat Chatterjee S, McLeich DL (1981) Fitting linear regression models to censored data by least squares and the method of maximum likelihood. Tech. rep., Department of statistics, Standford University Chatterjee S, McLeich DL (1981) Fitting linear regression models to censored data by least squares and the method of maximum likelihood. Tech. rep., Department of statistics, Standford University
Zurück zum Zitat Courchene T, Lam F, Barrett J (1996) The effects of edge knots on the strength of spf msr lumber. In: Proceedings of the 29th Meeting, International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18,Timber Structures, Bordeaux, France, CIB-W18, Paper No. 29-5-1 Courchene T, Lam F, Barrett J (1996) The effects of edge knots on the strength of spf msr lumber. In: Proceedings of the 29th Meeting, International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18,Timber Structures, Bordeaux, France, CIB-W18, Paper No. 29-5-1
Zurück zum Zitat Denzler JK (2007) Modellierung des Grösseneffektes bei biegebeanspruchtem Fichtenschnittholz. PhD thesis, TU München Denzler JK (2007) Modellierung des Grösseneffektes bei biegebeanspruchtem Fichtenschnittholz. PhD thesis, TU München
Zurück zum Zitat Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985) Einfluß keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern Eingangsdaten für das Rechenmodel. Eur J Wood Prod 43(8):369–373CrossRef Ehlbeck J, Colling F, Görlacher R (1985) Einfluß keilgezinkter Lamellen auf die Biegefestigkeit von Brettschichtholzträgern Eingangsdaten für das Rechenmodel. Eur J Wood Prod 43(8):369–373CrossRef
Zurück zum Zitat Faber M (2012) Statistics and probability theory: in pursuit of engineering decision support, vol 18. Springer, Berlin HeidelbergCrossRef Faber M (2012) Statistics and probability theory: in pursuit of engineering decision support, vol 18. Springer, Berlin HeidelbergCrossRef
Zurück zum Zitat Fewell A (1982) Machine stress grading of timber in the united kingdom. Holz Roh- Werkst 40(12):455–459CrossRef Fewell A (1982) Machine stress grading of timber in the united kingdom. Holz Roh- Werkst 40(12):455–459CrossRef
Zurück zum Zitat Fink G, Kohler J (2011) Multiscale variability of stiffness properties of timber boards. In: ICASP Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering. Zurich, Switzerland Fink G, Kohler J (2011) Multiscale variability of stiffness properties of timber boards. In: ICASP Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering. Zurich, Switzerland
Zurück zum Zitat Fink G, Kohler J (2012) Zerstörungsfreie Versuche zur Ermittlung des Elastizitätsmodules von Holzbrettern. IBK Report No. 339, ETH Zürich, Zurich Fink G, Kohler J (2012) Zerstörungsfreie Versuche zur Ermittlung des Elastizitätsmodules von Holzbrettern. IBK Report No. 339, ETH Zürich, Zurich
Zurück zum Zitat Fink G, Deublein M, Kohler J (2011) Assessment of different knot-indicators to predict strength and stiffness properties of timber boards. In: Proceedings of the 44th Meeting, International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18, Timber Structures, Alghero, Italy, CIB-W18, Paper No. 44-5-1 Fink G, Deublein M, Kohler J (2011) Assessment of different knot-indicators to predict strength and stiffness properties of timber boards. In: Proceedings of the 44th Meeting, International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18, Timber Structures, Alghero, Italy, CIB-W18, Paper No. 44-5-1
Zurück zum Zitat Giudiceandrea F (2005) Stress grading lumber by a combination of vibration stress waves and x-ray scanning. In: Proceedings of the 11th International Conference on Scanning Technology and Process optimization in the wood Industry (ScanTech 2005)., Las Veagas Giudiceandrea F (2005) Stress grading lumber by a combination of vibration stress waves and x-ray scanning. In: Proceedings of the 11th International Conference on Scanning Technology and Process optimization in the wood Industry (ScanTech 2005)., Las Veagas
Zurück zum Zitat Glos P (1978) Zur Bestimmung des Festigkeitsverhaltens von Brettschichtholz bei Druckbeanspruchung aus Werkstoff- und Einwirkungskenngrößen. Sonderforschungsbereich 96, Techn. Univ Glos P (1978) Zur Bestimmung des Festigkeitsverhaltens von Brettschichtholz bei Druckbeanspruchung aus Werkstoff- und Einwirkungskenngrößen. Sonderforschungsbereich 96, Techn. Univ
Zurück zum Zitat Görlacher R (1990) Sortierung von Brettschichtholzlamellen nach DIN 4074 durch Messung von Longitudinalschwingungen. Bauingenieur 65:517–522 Görlacher R (1990) Sortierung von Brettschichtholzlamellen nach DIN 4074 durch Messung von Longitudinalschwingungen. Bauingenieur 65:517–522
Zurück zum Zitat Görlacher (1984) Ein neues Messverfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Holz. Holz Roh- Werkst 42:219–222CrossRef Görlacher (1984) Ein neues Messverfahren zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Holz. Holz Roh- Werkst 42:219–222CrossRef
Zurück zum Zitat Hastie T, Tibshirani R, Friedman J (2001) The elements of statistical learning, vol 1. Springer, Berlin HeidelbergCrossRef Hastie T, Tibshirani R, Friedman J (2001) The elements of statistical learning, vol 1. Springer, Berlin HeidelbergCrossRef
Zurück zum Zitat Heimeshoff B, Glos P (1980) Zugfestigkeit und Biege-E-Modul von Fichten-Brettlamellen. Eur J Wood Prod 38(2):51–59 Heimeshoff B, Glos P (1980) Zugfestigkeit und Biege-E-Modul von Fichten-Brettlamellen. Eur J Wood Prod 38(2):51–59
Zurück zum Zitat Isaksson T (1999) Modelling the variability of bending strength in structural timber. PhD thesis, Lund Institute of Technology Isaksson T (1999) Modelling the variability of bending strength in structural timber. PhD thesis, Lund Institute of Technology
Zurück zum Zitat Kline D, Woeste F, Bendtsen B (1986) Stochastic model for modulus of elasticity of lumber. Wood Fiber Sci 18:228–238 Kline D, Woeste F, Bendtsen B (1986) Stochastic model for modulus of elasticity of lumber. Wood Fiber Sci 18:228–238
Zurück zum Zitat Köhler J (2006) Reliability of timber structures. Phd, ETH Zurich, reliability/Probability Theory Köhler J (2006) Reliability of timber structures. Phd, ETH Zurich, reliability/Probability Theory
Zurück zum Zitat Köhler J, Sørensen JD, Faber MH (2007) Probabilistic modeling of timber structures. Struct saf 29(4):255–267CrossRef Köhler J, Sørensen JD, Faber MH (2007) Probabilistic modeling of timber structures. Struct saf 29(4):255–267CrossRef
Zurück zum Zitat Kohler J, Brandner R, Thiel A, Schickhofer G (2013) Probabilistic characterisation of the length effect for parallel to the grain tensile strength of central european spruce. Eng Struct 56:691–697CrossRef Kohler J, Brandner R, Thiel A, Schickhofer G (2013) Probabilistic characterisation of the length effect for parallel to the grain tensile strength of central european spruce. Eng Struct 56:691–697CrossRef
Zurück zum Zitat Kollmann F, Krech H (1960) Dynamische Messung der elastischen Holzeigenschaften und der Dämpfung ein Beitrag zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Holz Roh- Werkst 18(2):41–54CrossRef Kollmann F, Krech H (1960) Dynamische Messung der elastischen Holzeigenschaften und der Dämpfung ein Beitrag zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Holz Roh- Werkst 18(2):41–54CrossRef
Zurück zum Zitat Mitsuhashi K, Poussa M, Puttonen J (2008) Method for predicting tension capacity of sawn timber considering slope of grain around knots. J Wood Sci 54(3):189–195CrossRef Mitsuhashi K, Poussa M, Puttonen J (2008) Method for predicting tension capacity of sawn timber considering slope of grain around knots. J Wood Sci 54(3):189–195CrossRef
Zurück zum Zitat Riberholt H, Madsen PH (1979) Strength of timber structures, measured variation of the cross sectional strength af structural lumber. Tech. rep., Struct. Research Lab., Technical University of Denmark Riberholt H, Madsen PH (1979) Strength of timber structures, measured variation of the cross sectional strength af structural lumber. Tech. rep., Struct. Research Lab., Technical University of Denmark
Zurück zum Zitat Samson M, Blanchet L (1992) Effect of knots on the flatwise bending stiffness of lumber members. Eur J Wood Prod 50(4):148–152CrossRef Samson M, Blanchet L (1992) Effect of knots on the flatwise bending stiffness of lumber members. Eur J Wood Prod 50(4):148–152CrossRef
Zurück zum Zitat Sandomeer MK, Köhler J, Faber MH (2008) Probabilistic output control for structural timber, modelling approach. In: Proceedings of the 41th Meeting, International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18 - Timber Structures, St. Andrews, Canada, CIB-W18, Paper No. 41-5-1 Sandomeer MK, Köhler J, Faber MH (2008) Probabilistic output control for structural timber, modelling approach. In: Proceedings of the 41th Meeting, International Council for Research and Innovation in Building and Construction, Working Commission W18 - Timber Structures, St. Andrews, Canada, CIB-W18, Paper No. 41-5-1
Zurück zum Zitat Steiger R (1996) Mechanische Eigenschaften von Schweizer Fichten-Bauholz bei Biege-, Zug-, Druck und kombinierter M/N-Beanspruchung-Sortierung von Rund- und Schnittholz mittels Ultraschall. PhD thesis, ETH Zurich Steiger R (1996) Mechanische Eigenschaften von Schweizer Fichten-Bauholz bei Biege-, Zug-, Druck und kombinierter M/N-Beanspruchung-Sortierung von Rund- und Schnittholz mittels Ultraschall. PhD thesis, ETH Zurich
Zurück zum Zitat Taylor SE, Bender DA (1991) Stochastic model for localized tensile strength and modulus of elasticity in lumber. Wood Fiber Sci 23 (Number 4):501–519 Taylor SE, Bender DA (1991) Stochastic model for localized tensile strength and modulus of elasticity in lumber. Wood Fiber Sci 23 (Number 4):501–519
Metadaten
Titel
Model for the prediction of the tensile strength and tensile stiffness of knot clusters within structural timber
verfasst von
Gerhard Fink
Jochen Kohler
Publikationsdatum
01.05.2014
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
European Journal of Wood and Wood Products / Ausgabe 3/2014
Print ISSN: 0018-3768
Elektronische ISSN: 1436-736X
DOI
https://doi.org/10.1007/s00107-014-0781-0

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2014

European Journal of Wood and Wood Products 3/2014 Zur Ausgabe