Modeling of moisture-induced deformations and stresses in cross-laminated timber and timber-concrete composite floors

Sammanfattning: Korslimmat trä är ett tämligen nytt material, bestående av korslagda lager av brädor. Produkten tillåter nya byggmetoder och kan ses som ett grönare alternativ till stål och betong. Dess uppbyggnad gör det mer robust och mindre beroende av träets varierande egenskaper för olika geometriska dimensioner. Som ett nytt byggnadsmaterial är dess beteende och karaktär inte lika välstuderat. Med trä som ingående material blir fukt en viktig faktor att beakta. Deformationer och påföljande spänningar är i högsta grad ett resultat av förändrad fuktkvot och relativ fuktighet. De glipor som uppstår mellan bräderna vid uttorkning är missgynnsamma och leder till bland annat ett påskyndat brandförlopp. I detta examensarbete utsätts olika uppsättningar av KL-träelement för ensidig och dubbelsidig fuktbelastning. Elementets deformerade form och glipbredder som uppstår som ett resultat av uttorkning studeras. I samtliga fall studeras KL-trä utan kantlimning. Uttorkningen av elementen studeras med hjälp av parameterstudier. Här varieras brädernas tjocklek, brädernas bredd, antalet skikt och varierande tjocklek mellan de ingående skikten. Samverkansbjälklag studeras också: KL-träelement med nygjuten betong ovanpå och den ökade fuktighet i träet som följer. Studien utförs med ett kommersiellt finita element-program (Abaqus). En viktig del av arbetet syftar till att bredda kunskapen om hur sådana modeller kan sättas upp. En huvudslutsats kopplad till de glipor som fuktdeformationer ger upphov till är att en minsta glipbredd erhålls när de ingående bräderna är av minsta möjliga storlek, både sett till dess tjocklek och bredd. Att variera antalet lager eller att ge olika tjocklek mellan de ingående skikten ger ingen märkbar effekt på glipbredden, bortsett från vad som kan förväntas av att brädernas enskilda tjocklek ändras. En annan slutsats är att gliporna för elementens yttre skikt blir dubbelt så stora som för de inre. Gliporna är större för tvåsidig uttorkning än för ensidig. Trots att gliporna blir mindre för smalare brädor så blir antalet glipor desto fler, vilket leder till att en större total area exponeras. Vid en procents ändring av fuktkvoten blir glipornas bredd vanligen kring 0,3 mm. Elementet böjs 0,18 mm/m när det utsätts för en ensidig fuktbelastning motsvarande en procent skillnad i fuktkvot mellan över- och underkant. Samverkansbjälklagen behåller en RF över 75 procent för de två övre skikten, även ett år efter pågjutningen. Det är främst den övre halvan av KL-träelementet som når en högre RF. Skiktens geometriska riktning i förhållande till urtaget för betongen påverkar maxvärdet för RF och när kulmen inträffar. Spänningar större än 1 MPa förväntas för det översta skiktets gränsyta. Mellan skikten förväntas rullskjuvningen nå hälften av det maximalt tillåtna värdet.