Experimentella och teoretiska uträkningar för skruv- och bäddhållfasthet för takinfästningar mot stålstomme

Experimentella och teoretiska uträkningar för skruv- och bäddhållfasthet för takinfästningar mot stålstomme Experimental and theoretical equations of screw and bed strength for ceiling brackets on a steel framework BY1421 Examensarbete för högskoleingenjörsexamen i byggteknik, 15 hp

Förord Denna rapport/examensarbete avslutar mina studier vid Umeå Universitet Institutionen för tillämpad fysik och elektronik där jag läst Högskoleingenjörsprogrammet i Byggteknik, 180 hp. Jag vill rikta ett speciellt tack till universitetsadjunkt Mark Murphy som varit min handledare vid Umeå universitet och ett tack till Jan-Erik Backman som varit min handledare på Lättelement AB Jag vill också tacka Anders Strömberg för sitt stöd under mina experimentella försök och till Niklas Ahlqvist som hjälpt mig utforma mina försök., Umeå, juni 2014 i

Sammanfattning Umeå Universitet Lättelement AB beläget i Örnsköldsvik är ett av Sveriges ledande företag inom utvecklingen av byggelement i form av tak, väggar och bjälklag av lättbalkar. Företaget har stor kundkrets där det finns beställare från Lund till Kiruna, samt även från Norge. Det gör att elementen har höga krav då de måste ta många olika påfrestningar i form av vind- och snölaster på grund av den geografiska variationen. Takelementen är uppbyggda så att till huvudstomme använder man lättbalkar med en I-profil. På undersidan av lättbalkarna spikas och limmas en tunn plåt för att ta upp dragkrafterna som uppstår i konstruktionen, plåten fungerar även som diffusionsspärr. Ovanpå lättbalkarna spikas och limmas en plywoodskiva med vald takbeläggning på för att ta upp tryckkrafter som uppstår i konstruktionen. Takelementens infästning är beroende av elementens lutning, utformning och vilken typ av stomme den ska fästas i. I det här examensarbetet har en av förtegets infästningar mot stålstomme undersökts och utvärderats närmare. Experimentella laborationsförsök har utförts där tvärkraften i skruven och bäddhållfastheten har undersökts. Detta för att se samverkan och kapacitet vid olika tjocklekar på virket. Därefter har teoretiska beräkningar enligt Eurokod 5 gjorts för att jämföra mot dem experimentella. Resultatet av den experimentella och teoretiska jämförelsen var att infästningarna i snitt klarade 1000 N mer i praktiken vilket är ett bra resultat för Lättelement AB. ii

Abstract Umeå Universitet Lättelement located in Örnskoldsvik AB is one of Sweden's leading companies in the development of building elements in the form of roofs, walls and floors made out of light beams. The company has clients from Lund to Kiruna, and from Norway. This means that the elements have high standards when they have to take many different loads from wind and snow due to such wide geographic variation. The roof elements are structured so that the main body is made of light beams with an I-profile. On the underside of the light beams act as thin sheet metal nailed and glued to take up the tensile forces that can arise in the construction, the sheet metals also diffusion barriers. On top of the light beams are sheet plywood nailed and glued in order to take up all the pressure forces generated in the structure. The roof elements attachment is dependent on the slope of the elements, the design of the roof and the type of frame that will be attached to. In this thesis has one of the company attachments against steel frame been closely examined and evaluated. Experimental tests have been performed where the shear force in the screw and bed strength have been investigated. This is to ensure collaboration and capacity at different thicknesses of wood. Subsequently, theoretical calculations according to Eurocode 5 have been performed to compare them against experimental. The results of the experimental and theoretical comparison was that all the attachments could withstand on average 1000 N more in the experiments than in theory. This is of course a good result for the company Lättelement AB. iii

Innehållsförteckning Umeå Universitet Förord... i Sammanfattning... ii Abstract... iii 1. Inledning...1 1.1. Syfte...1 1.2. Mål...1 1.3. Avgränsning...1 2. Teori...2 2.1. Lättelement AB...2 2.2. Takelementens uppbyggnad...3 2.3. Eurokod...4 2.4. SP Your Science Partner....4 2.5. Förband...5 2.6. Olika skruvtyper för olika infästningar...7 3. Genomförande...8 3.1. Ekvationer för infästningsberäkningar...8 3.2. Shimadzu provmaskin för experiment...10 3.3. Förbandens utformning....11 3.4. Laborationsuppställning....12 4. Resultat...13 4.1. Resultat teoretiska beräkningar...13 4.2. Resultat från experimentella försök...15 5. Diskussion...16 5.1. Tidsoptimering...16 iv

5.2. Utdragsförmåga Fax,Rk...16 5.3. Deformationsvillkor...17 5.4. Experimentet...17 6. Slutsats...21 Referenslista...22 Bilagor...23 v

1. Inledning Lättelement AB, grundades 1979 och är beläget i Örnsköldsvik. Det är ett av Sveriges ledande företag inom utvecklingen utav byggelement i form av tak, väggar och bjälklag uppbyggda av lättbalkar. Företaget har en stor kundkrets och färdigställer allt enligt kundernas önskemål. Det finns beställare från Lund i Skåne till Kiruna i Lappland, samt även från Norge. Det gör att elementen har höga krav då de måste ta många olika påfrestningar i form av vind- och snölaster då det är så stor geografisk variation. Idag har Lättelement många olika typer utav infästningar mellan takelement och väggar. Typen utav infästning är beroende på höjd på elementet, taklutning, stomme, upplag o.s.v. Det gör att man måste ha bra kunskap kring infästningarnas kapacitet och vilka laster som de klarar av. 1.1. Syfte Examensarbetes syfte är att utreda hur mycket påfrestning en infästning mellan ett takelement och en stålstomme tål. Detta genom att räkna på samverkan mellan bäddhållfastheten och stålskruven i teorin och sedan provtrycka en provserie. Därefter ska teorin jämföras med praktiken. 1.2. Mål Genom teori och insamlad data från praktiska tryckprover skall den effektivaste bäddhållfastheten tas fram, samt min- och maxtjocklekar på mellanliggande virke. Den effektivaste skruvhållfastheten och dimensionen ska också tas fram genom beräkningar och praktiska provtryck. 1.3. Avgränsning Arbetet kommer bara att beröra en typ av infästning, takelementet mot stålstomme. Tryckproven kommer bestå av 20 olika provkroppar där SFS stålskruv RD-S-S16 6,3xL kommer att testas. Det kommer att testas på fyra olika virkestjocklekar, där max- och mintjockleken berörs. 1

2. Teori Umeå Universitet Här beskrivs kortfattat vilket företag arbetet görs åt, samt hur deras produkt ser ut. Avsnittet beskriver även vad SP och Eurokod är för något. Slutligen beskrivs begreppen infästningar och skruv. 2.1. Lättelement AB Lättelement AB är Sveriges största och ledande företag utav prefabricerade element som är uppbyggda på lättbalkar (Lättelements logga visas i figur 2.2). Företaget är beläget i Örnsköldsvik har ca: 85 anställda. Där gör man allt från projekterar, tillverkar, levererar och till sist monterar sina element. Ungefär 80 % av det som producerats är takelement och de resterande 20 % är vägg- och bjälklagselement. Deras koncept är att elementen ska vara lätta och flexibla samt att de ska vara lätta att transportera och montera. Man ska även kunna göra tillval i form av takluckor, hål för fönster, färdiga tätskikt med mera. Genom att man producerar elementen integrerade med anslutningar och eventuella tillval (se figur 2.1) gör att de blir snabbmonterade. Figur 2.1 Takelement med tillval av ventilationskanal i taket. Bild från Lättelements hemsida (5). Tillstånd från J.E. Backman (7) De färdiga elementen som transporteras ut från fabriken monteras endera av Lättelement eller utav kunden själv, men då erbjuds utlåning av rätt verktyg samt guidning av konstruktörer/projektledare under montagetiden. Från samtal med Ulf Strinnholm Lidfalk (6) Figur 2.2. Lättelements logga. Tillstånd från J.E. Backman (7). 2

2.2. Takelementens uppbyggnad Umeå Universitet Takelementen är uppbyggda så att de är självbärande och väger 32 35 kg/m2 beroende på tjocklek och tätskikt. Standardelementen för tak består av en huvudstomme av lättbalkar med I-profil. Flänsarna är gjorda av konstruktionsvirke utav hållfasthetsklasserna C14, C24 eller C30. Medan livet är uppbyggt utav OSB-skivor, av längre träspån som limmas ihop under högt tryck. På undersidan av lättbalkarna spikas och limmas en tunn plåt på för att ta upp dragkrafter som uppstår vid eventuella lastfall i konstruktionen, plåten fungerar även som diffusionsspärr. Principen för uppbyggnaden kan ses i figur 2.3. Figur2.3. Lättelementsgrundelement för tak. 1. Takbeläggning. 2. Plywood 3. Isolering. 4. Masonitebalkar. 5. Fästbeslag 6. Innertak. Bild från Lättelements hemsida (5). Tillstånd från J.E. Backman (7). Ovanpå lättbalkarna spikas och limmas en plywoodskiva för att ta upp alla tryckkrafter som uppstår i konstruktionen. Takbeläggningen som fästs ovanpå plywooden är en helsvetsad underlagspapp. Standardelement kan fås från tjockleken 218 till 518mm och med U-värden från 0,205 0,078 enligt Lättelements hemsida (5). 3

2.3. Eurokod Umeå Universitet Eurokod är Sveriges beräkningsregler för dimensionering av bärverk. Ett beslut från EU om att göra en Europastandard för konstruktionsregler ledde till att Boverkets konstruktionsregler (BKR) ersattes vid årsskiftet 2010/2011 med Eurokod. Dock är det svårt att göra beräkningsregler som fungerar i alla länder då det är stor geografisk variation om man jämför mellan olika länder. Därför får många länder använda sig av nationellt valda parametrar som bara är anpassade för sitt land. Men alla länder har Eurokod som grundregelverk. Det finns många fördelare med att ha Eurokod som beräkningsregler för dimensionering av bärverk. Det gör att den globala marknaden öppnas och gör att företag har större möjlighet att exportera, samt sälja tjänster till fler länder. Standardiseringen ger också högre kvalitet på byggandet då man kan hitta folk med bättre kunskap och kompetens från andra länder. 2.4. SP Your Science Partner. SP är ett internationellt ledande institut för forskning och innovation, deras affärsidé är att Skapa, använda och förmedla internationellt konkurrenskraftig kompetens för innovation och värdeskapande i näringslivet och en hållbar samhällsutveckling citerat från SP s hemsida (3). Organisationen består av totalt 10 bolag däribland moderbolaget SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut AB och SP Bygg och Mekanik. SP Bygg och Mekanik inriktar sig främst på forskning inom bygg, verkstad och transport. Forskningen rör allt kring produkters, materials och konstruktioners mekaniska egenskaper under olika typer av lastfall och klimat. Syftet med forskningen är: Ökad säkerhet genom att förhindra haverier och skador. Ökad kostnadseffektivitet med bättre optimerade produkter utifrån funktions-, tillförlitlighets- och livslängdskrav. Hållbar tillväxt genom effektivare materialutnyttjande, lättare konstruktioner och utnyttjande av förnybar energi. Ökad kunskap i svensk industri och därmed långsiktig uthållig lönsamhet citerat från SP s hemsida (4). 4

2.5. Förband Umeå Universitet Lättelement AB har olika typer av spik- och skruvförband där de används olika beroende på takelementens lutning, utformning och vilken typ av stomme den ska fästas i. Figurerna 2.4-6 illustrerar detta. Figur 2.4. Deras vanligaste förband är av typen bygelinfästning som både tar upp vertikala och horisontella krafter. Figur 2.5. De använder sig också av halv byglar för även kunna fästa elementets yttersta komponenter. Vid exempelvis anslutning mot befintlig byggnad eller vid trångt upplag. 5

Figur 2.6. Vinkelspikplåt fästes med ankarspik och tar upp större del utav de horisontella krafterna Baktanken med vinkelplåtarna och bygeln är att skapa en infästning mellan takkonstruktionen och stommen på byggnaden. Infästningen ska både klara de horisontella krafterna men även de vertikala lyftkrafter som kan uppstå. Det för att påverka elementet så att takkonstruktionen inte kan röra sig. De vertikala tryckkrafterna tas upp genom anliggning mellan elementet och upplaget som konstruktionen vilar på. 6

2.6. Olika skruvtyper för olika infästningar Umeå Universitet Lättelement Ab använder sig utav olika sorters skruvar och dimensioner (se tabell 2.1) beroende på om elementet ska fästas i trä, stål eller betong. Därför har dem på Lättelement några olika standarder på sina skruvar beroende på vad elementet fästs i. För att exempelvis fästa elementen i trä så använder dem Nordisk träskruv från Gunnebo och i betong använder dem Betongskruvar från Essve. Tidigare har Lättelement använt sig av stålskruv från SFS för att fästa elementen i stålstommar, men eftersom dem inte är sjävborrande så ledde det till att ett extra moment skedde under montaget. Man blev tvungen att borra hål i stommen, därför så använder de idag självborrande stålskruvar från Essve. Delvis för att spara montagetid men även för att det ska bli lättare för montörerna då infästningarna är svåra att komma åt. Tabell 2.1. Lista över Lättelements olika skruvar Lättelements standardskruv Stålskruv M8 RF TDB-S-S16-6,3X32 SFS Stålskruv M8 RF TDB-S-S16-6,3X51 SFS Borrande stålskruv 6,3x50, greppl. 32 mm Essve Borrande stålskruv 6,3x90, greppl. 32 mm Essve Betongskruv 7,5x50 fzb, 10 mm nv. Essve Betongskruv 7,5x80 fzb, 10 mm nv. Essve Betongskruv 10,5x55 fzb, 10 mm nv. Essve Betongskruv 10,5x75 fzb, 10 mm nv. Essve Nordisk träskruv 8x55, 13 mm nv. Gunnebo Nordisk träskruv 8x75, 13 mm nv. Gunnebo Nordisk träskruv 8x100, 13 mm nv. Gunnebo Nordisk träskruv 8x130, 13 mm nv. Gunnebo 7

3. Genomförande Umeå Universitet Här visas vilka ekvationer som används då man beräknar infästningar/förband samt förklarar hur förbanden skapats och vad provmaskinen har för egenskaper. 3.1. Ekvationer för infästningsberäkningar De flesta ekvationerna som används för att beräkna förbanden/infästningen kommer från Eurokod 5. Eurokod 5 avser till större del träkonstruktioner, men innefattar även ekvationer för förband och stål. F v,rd fås från ekvation F v,rd = K modxf v,rk γm Där: K mod ym korrektionsfaktor som tar hänsyn till inverkan av lastvaraktighet och fuktkvot. partialkoefficient för materialegenskaper. Beräkningar enligt SS-EN 1995-1-1:2004 kap. 8.2.3 Stålplåtar med tjockleken 0,5d klassas som tunna stålplåtar. Stålplåtar med tjockleken d klassas som tjocka stålplåtar. - För tunn plåt i ett skjuvningsplan gäller ekvation. (8.9): F v,rk = min { 0,4 f h,k t 1 d 1,15 2M y,rk f h,k d + F ax,rk 4 (a) (b) - För tjock plåt i ett skjuvningsplan gäller ekvation. (8.10): F v,rk = min { f h,k t 1 d f h,k t 1 d [ 2 + 4M y,rk f h,k dt2 1] + F ax,rk 1 4 2,3 M y,rk f h,k d + F ax,rk 4 (c) (d) (e) Där: F v,rk karakteristisk bärförmåga per skjuvningsplan och förbindare. f h,k karakteristiska bäddhållfastheten i trädelen. 8

t 1 d minsta värdet av virkestjockleken och inträngningsdjupet. förbindarens diameter. Umeå Universitet M Y,Rk förbindarens karakteristiska flytmoment. F ax,rk förbindarens karakteristiska utdragsbärförmåga. - Förbindarens karakteristiska flytmoment, My,Rk fås genom ekvation (8.30): M y,rk = 0,3xF uk xd 2,6 Där: d förbindarens diameter (mm) fu,k karakteristisk draghållfasthet i N/mm 2 - Den karakteristiska bäddhållfastheten fh,k erhålls genom ekvation (8.36): F hk = 0,082x(1 0,01xd)xρ k F hk = 0,082xρ k xd 0,3 För förborrade hål Utan förborrade hål Där: ρk virkets karakteristiska densitet (kg/m 3 ) d förbindarens diameter (mm) - Änd- och kantavstånd i trä, se figur 3.1, beräknas med Eurokod 5 (Tabell 8.4): a 3 = max { 7d 80 a 4 = 3d 9

Figur 3.1. Ändavstånd a 3 och kantavstånd a 4. 3.2. Shimadzu provmaskin för experiment Utförandet utav laborationsförsöken skedde i en Shimadzu AG-X plus, som klarar både tryckoch dragkrafter upp till 100 kn. Maskinen finns belägen på Umeå Universitet. Bottenplattan i maskinen är 550 mm bred och 300 mm djup samt innehåller 8 skruvhål för att fästa anordningar. Det gör att maskinen ger många valmöjligheter då infästningsanordningarna kan bytas ut och ersättas med specialtillverkade infästningar. Den övre infästningsanordningen kan också bytas ut mot en tryckcylinder med ett invändigt gängat hål på 22 mm. Det gör att man kan anpassa tryckanordningen efter sin provning. Information om hur maskinen fungerar och ska användas kommer från A. Strömberg (8). Den nedre infästningsanordningen byts ut mot specialtillverkade L-stål med frästa hål för att kunna centrera provtryckningen. L-stålen fästs i bottenplatta med 2 st M8 skruvar med bricka. I den övre infästningsanordningen byts den befintliga anordningen ut och ersätts med tryckcylindern och ett par kompletteringar. I det gängade hålet fästs en rundstång på 22 mm i diameter för att ge ett bättre tryck emot skruvhuvudet. 10

3.3. Förbandens utformning. Umeå Universitet För att utforma förbanden så har många parametrar medräknats. Främst ska provtryckningen illustrera verkligheten så mycket som möjligt (se figur 3.2), samtidigt som förbanden anpassats efter Shimadzumaskinens infästningsanordningar och SP:s tips vid experimentella försök (se figur 3.3). L-stål var en bra lösning, både för att fästa förbandet i bottenplatta men också för att få skruven vinkelrätt mot tryckcylindern. Genom att fräsa långa hål i L-stålet gjorde det att provkroppen blev lite mer flexibel och kunde injusteras med mer precision inför provtagningen. För att få virket att fästa och inte förskjutas så utformades förbandet så att virket skruvades fast med M5 skruv, brickor och muttrar, detta också för att illustrera verkligheten (se bilaga 1). Figur 3.2 Illusterar hur infästningen ser ut i verkligheten 11

Figur 3.3 Visar steg för steg hur förbanden har utformats för att passa Shoimadzu maskinen och illustera verkligheten. 3.4. Laborationsuppställning. Inför laborationen bestämdes det att 4 olika bäddhållfastheter skulle prövas och det innebar att 4 provserier skulle utföras. Första provserien bestod utav 5 provkroppar med 5 mm tjockt virke och 6,3x32 mm stålskruv. Andra provserien bestod utav 5 provkroppar med 15 mm tjockt virke och 6,3x32 mm stålskruv. Tredje provserien bestod utav 5 provkroppar med 30 mm tjockt virke och 6,3x50 mm stålskruv. Fjärde provserien bestod utav 5 provkroppar med 45 mm tjockt virke och 6,3x90 mm stålskruv. Alla provkropparna hade i grunden ett specialtillverkat L-stål som var 100x200x10 mm med frästa 8 mm hål för att kunna fästas i bottenplattan i provmaskinen. 12

4. Resultat Umeå Universitet Här presenteras resultat från provtryckningarna i provmaskinen och beräkningar från Eurokod 5 och Byggkonstruktion Regler och formelsamling 4.1. Resultat teoretiska beräkningar Det teoretiska resultatet från Eurokod 5 (se tabell 4.1) visar samverkan mellan skruven och bäddhållfastheten. Eftersom infästningen sker i tjock plåt så räknas inte resultatet från ekvation A och B med i resultatet. Tabell 4.1. Sammanställning utav resultatet för varje ekvation vid respektive tjocklek på mellanliggande virke. Uträkning - Eurokod 5 Distans (mm) Ekvation A Ekvation B Ekvation C Ekvation D Ekvation F FvRd 2 86,9 N 1805,25 N 217,3 N 2023,8 N 2553 N 150,4 N 4 173,9 N 1805,25 N 434,7 N 1868,6 N 2553 N 300,9 N 5 217,3 N 1805,25 N 543,4 N 1805,9 N 2553 N 376,2 N 6 260,8 N 1805,25 N 652 N 1754,7 N 2553 N 451,4 N 8 347,8 N 1805,25 N 869,4 N 1668,3 N 2553 N 601,9 N 10 434,7 N 1805,25 N 1086,7 N 1613,3 N 2553 N 752,3 N 12 521,6 N 1805,25 N 1304 N 1582 N 2553 N 902,8 N 14 608,6 N 1805,25 N 1521,4 N 1570,2 N 2553 N 1053,3 N 15 652 N 1805,25 N 1630 N 1570,3 N 2553 N 1087,1 N 16 695,5 N 1805,25 N 1738,8 N 1574,1 N 2553 N 1089,8 N 18 782,4 N 1805,25 N 1956 N 1590,9 N 2553 N 1101,4 N 20 869,4 N 1805,25 N 2173,4 N 1618,1 N 2553 N 1120,2 N 22 956,3 N 1805,25 N 2390,8 N 1654 N 2553 N 1145,1 N 24 1043,3 N 1805,25 N 2608,1 N 1696,9 N 2553 N 1174,8 N 26 1130,2 N 1805,25 N 2825,5 N 1745,6 N 2553 N 1208,5 N 28 1217,1 N 1805,25 N 3042,8 N 1799,3 N 2553 N 1245,7 N 30 1304 N 1805,25 N 3260,1 N 1857 N 2553 N 1285,6 N 32 1391 N 1805,25 N 3477,5 N 1918,3 N 2553 N 1328 N 34 1477,9 N 1805,25 N 3694,8 N 1982,5 N 2553 N 1375,5 N 36 1564,9 N 1805,25 N 3912,2 N 2049,3 N 2553 N 1418,7 N 38 1651,8 N 1805,25 N 4129,5 N 2118,2 N 2553 N 1466,4 N 40 1738,8 N 1805,25 N 4346,9 N 2189,1 N 2553 N 1515,5 N 42 1825,7 N 1805,25 N 4564,2 N 2261,7 N 2553 N 1565,8 N 44 1912,6 N 1805,25 N 4781,6 N 2335,7 N 2553 N 1617 N 45 1956,1 N 1805,25 N 4890,2 N 2373,2 N 2553 N 1643 N 46 1999,6 N 1805,25 N 4998,9 N 2411 N 2553 N 1669,2 N 48 2086,5 N 1805,25 N 5216,3 N 2487,4 N 2553 N 1722 N 50 2173,4 N 1805,25 N 5433,6 N 2564,9 N 2553 N 1767,5 N Beräknad medf h,k för förborrade hål För tunn plåt Minsta Fv,rk 13

Kraft (N) Umeå Universitet Det man kan se i uträkningarna är att bäddhållfastheten i ekvation C kommer i princip inte ha någon inverkan förrän vid 15 mm. Alltså bör minsta bäddhållfasthet vara 15 mm för att ge någon samverkan mellan skruven och virket. Största tjockleken man kan ha på virket är 48 mm, efter det är det ekvation E som är konstant (se figur 4.1). 6000 5000 Uträkning - Eurokod 5 4000 3000 2000 Ekvation C Ekvation D Ekvation E 1000 0 2 5 8 12 15 18 22 26 30 34 38 42 45 48 Figur 4.1 Visar resultat i grafisk form. 14

Kraft (N) 4.2. Resultat från experimentella försök Umeå Universitet I de experimentella försöken visar graferna (se figur 4.2) tydligt att alla bäddhållfastheterna har högre hållfasthet i praktiken än i teorin. Det som gör att provserien på 5 mm tål så mycket högre krafter tillskillnad från övriga provserier är att skruvhuvudet har böjts igenom den tunna bäddhållfastheten och trycker direkt mot L-stålet. Provet visar alltså att bäddhållfastheten inte har någon inverkan då den är så tunn. Samtidigt syns det också att 15 mm klarar minst kraft, vilket stämmer överens med de teoretiska beräkningarna. 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Medelvärden för provserier 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Provserie 1-5mm Provserie 2-15mm Provserie 3-30mm Provserie 4-45mm Figur 4.2 visar medelvärdet av varje provserie. Visar kraft i vertikalled och mm rörelse i horisontalled. 15

5. Diskussion Umeå Universitet I efterhand kan jag se viss förbättringspotential, både i utförande och planering av arbetet. 5.1. Tidsoptimering Saker som jag kunde gjort bättre var att istället för att börja examensarbetet med att räkna på förbanden/infästningarna så skulle jag börjat med och utforma förbanden. Dels för att spara tid då det var lång produktionstid på de specialtillverkade L-stålen, men även för att räkna på förbanden/infästningarna utifrån dem praktiska resultaten. Detta för att få de teoretiska beräkningarna så lik de praktiska som möjligt. 5.2. Utdragsförmåga Fax,Rk Ett annat problem som varit under examensarbetet är diskussionen kring karakteristiska utdragsförmågan - Fax,Rk ifall detta skulle vara med i beräkningarna eller inte. Diskussionen har jag fört mellan Niklas Ahlqvist (Lättelement) och Jan-Erik Backman (Lättelement). Där har många frågetecken dykt upp om hur ekvationen egentligen ska se ut då Fax,Rk har stor inverkan på det teoretiska resultatet. Samtidigt som diskussionerna kring Fax,Rk eskalerade så började tanken om det var rätt att räkna på Eurokod 5 överhuvudtaget och att det kanske var mer lämpligt att räkna Eurokod 3. Därför kontaktade jag Sebastian Athler på Essve. I detta fall får du nog räkna med att du inte får något tillskott av Fax,Rk, byggplåtskruvens gängor är för grunda. Jag antar att det som står efter 8.2.2 om bidraget av linverkan gäller även för 8.2.3 Det är rätt att räkna enligt eurokod 5, eftersom du vill veta tvärkraftsförmågan i trädelen. Eurokod 3 behöver du bara använda för att kontrollera plåten, vilket i detta fall inte borde vara dimensionerande. Figur 8.3 visar de olika brottmetoderna som kan uppstå. citerat från Sebastian Athler s mejl (9) Detta gjorde att jag fortsatt räkna på Eurokod 5 men vissa frågetecken kvarstår om det verkligen är dem rätta ekvationerna. Även brottmetoderna i Eurokod 5 stämmer bara delvis med hur den verkliga metoden ser ut. 16

5.3. Deformationsvillkor Umeå Universitet Efter kontakt med Robin Aaltonen på SP så förklarade han att det inte fanns några egentliga deformationsvillkor för den här typen av provtagning. Han gav därför lite olika hänvisningar på olika metoder jag skulle följa t.ex. att Fmax ska uppnås inom 300 ± 120 sekunder och att jag skulle mäta virket samt skruvarnas storlek för att sedan följa SS EN 14358 för att kunna utvärdera resultatet. Men då jag inte har tillgång till SS EN 14358 så har bara mätningen utförts och inga beräkningar. Angående provtagningen så var det svårt att bestämma en egen standard för hur stor deformation en skruv får ha utan att anses förbrukad. Därför diskuterade jag, Niklas Ahlqvist och Jan-Erik Backman om att skruven bör anses som deformerad vid minsta rörelse, beroende på att skruven då börjar tappat sin bärförmåga. Men provtryckningen gjordes ändå med en tillåten deformation på 10 mm då resultaten ändå gick ut på att se samverkan mellan bäddhållfastheten och skruven. 5.4. Experimentet Under experimentet så stötte jag på vissa hinder som kan ha försämrat resultatet. T.ex. gängan på vissa av skruvarna som höll fast träet gick sönder och gick inte skruva åt riktigt, vilket kan ha lett till att träet kan ha förskjutits litegrann och gett sämre resultat (Se figur 5.1). Figur 5.1 taget innan provtagningen. 17

En annan parameter som kan ha påverkat resultatet negativt var tryckcylindern. Egentligen skulle ett plattstål trycka insidan utav skruvhuvudet för att illustrera verkligheten. Men något sådant hann inte tillverkas och därför använde jag mig utav det bästa jag kunde få fram, vilket blev en smal tryckcylinder som var ungefär 2 cm i diameter. Risken med att trycka med cylindern var att det skulle kunna glida av skruvhuvudet vid lång förskjutning. I inget av fallen uppstod detta. Men genom att trycket nu hamna på skruvhuvudet och inte alldeles innanför det så ger det ett sämre resultat (se figur 5.2 och 5.3). Figur 5.2 taget alldeles innan provtagningen. 18

Figur 5.3 tagen under provtagningen. Illustrerar risken för cylindern att glida av. Vid sista provserien så uppstod problemet att förskjutningen av bäddhållfastheten gjort att hålen rört på sig förmycket och gjorde det omöjligt att fästa provkropparna i bottenplattan. Som tur var hade Anders Strömberg en snabb lösning på problemet. Genom att använda sig av specialtillverkade L-stål med stora skruvar samt en stålkloss så kunde jag fästa provkropparna i bottenplattan (se figur 5.4). Men den lösningen blev inte optimal och fästena klarade inte trycket helt och ett moment uppstod. Det ledde till att provkroppen började luta och höjdes baktill med ett par millimeter vilket kan ha påverkat resultatet en del (se figur 5.5). 19

Figur 5.4 Snabb lösning för att fästa provkroppen i bottenplattan. Figur 5.5 visar glipan som uppstår under provförsöket. 20

6. Slutsats Umeå Universitet De praktiska försöken har rätat ut en del frågetecken. Teorin har stämt bra överens med de praktiska provtrycken, dock inte när det gäller kapaciteten vad infästningarna skulle tåla utan snarare att de teoretiska kurvorna stämde bra överens med de experimentella. Enligt beräkningarna så skulle infästningarna tåla minst vid 15 mm bäddhållfastet och det stämde. Vad gällande hållfasthets kapacitet för skruvarna så syns det klart och tydligt att dem experimentella kurvorna är i snitt över 1000 N mer än vad teoretiska är. Sammanfattningsvis så har examensarbetet gett bra resultat för Lättelement, men i framtiden skulle man kunna göra en laboration med mer precision, samt göra en jämförelse genom att göra en provserie med bara skruven utan mellanliggande virke för att se hur stor procentuell verkan bäddhållfastheten har. 21

Referenslista (1) Vad är eurokoder?. http://www.sis.se/tema/eurokoder/om_eurokoder/ 2014-04-23 (2) Handbok för skruvförband. http://handbok.sfnskruv.se/template.asp?lank=207 2014-04-24 (3) Affärsidé och vision. http://www.sp.se/sv/about/mission/sidor/default.aspx 2014-04-29 (4) Grundelementet. http://lattelement.se/vara-produkter/grundelementet/ 2014-04-29 (5) Bygg och mekanik. http://www.sp.se/sv/units/building/sidor/default.aspx 2014-04-29 (6) Ulf Strinholm Lidfalk - Ägare/VD Lättelement AB (7) Jan-Erik Backman - Ägare Lättelement AB (8) Anders Strömberg Forskingsingenjör vid Umeå Universitet (9) Sebastian Athler Teknisk Expert på Essve (10) Max Beechey Teknisk ansvarig på SFS (11) Robin Aaltonen SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Umeå Universitet 22

Bilagor Bilaga 1 Ritning för provkropparna Bilaga 2 Provserie 1, Provkropp 1 Bilaga 3 Provserie 1, Provkropp 2 Bilaga 4 Provserie 1, Provkropp 3 Bilaga 5 Provserie 1, Provkropp 4 Bilaga 6 Provserie 1, Provkropp 5 Bilaga 7 Provserie 2, Provkropp 1 Bilaga 8 Provserie 2, Provkropp 2 Bilaga 9 Provserie 2, Provkropp 3 Bilaga 10 Provserie 2, Provkropp 4 Bilaga 11 Provserie 2, Provkropp 5 Bilaga 12 Provserie 3, Provkropp 1 Bilaga 13 Provserie 3, Provkropp 2 Bilaga 14 Provserie 3, Provkropp 3 Bilaga 15 Provserie 3, Provkropp 4 Bilaga 16 Provserie 3, Provkropp 5 Bilaga 17 Provserie 4, Provkropp 1 Bilaga 18 Provserie 4, Provkropp 2 Bilaga 19 Provserie 4, Provkropp 3 Bilaga 20 Provserie 4, Provkropp 4 Bilaga 21 Provserie 4, Provkropp 5

BILAGA 1 Ritning för provkropparna Umeå Universitet

BILAGA 2 Provserie 1, Provkropp 1 Key Word Product Name Test File Name Provserie 1 - Provkropp 1.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 1mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 3 Provserie 1, Provkropp 2 Key Word Product Name Test File Name Provserie 1 - Provkropp 2.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 4 Provserie 1, Provkropp 3 Key Word Product Name Test File Name Provserie 1 - Provkropp 3.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 5 Provserie 1, Provkropp 4 Key Word Product Name Test File Name Provserie 1 - Provkropp 4.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 6 Provserie 1, Provkropp 5 Key Word Product Name Test File Name Provserie 1 - Provkropp 5.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 7 Provserie 2, Provkropp 1 Key Word Product Name Test File Name Provserie 2 - Provkropp 1.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 8 Provserie 2, Provkropp 2 Key Word Product Name Test File Name Provserie 2 - Provkropp 2.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 9 Provserie 2, Provkropp 3 Key Word Product Name Test File Name Provserie 2 - Provkropp 3.xtak Method File Name Tryck infästning.xma Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 10 Provserie 2, Provkropp 4 Key Word Product Name Test File Name Provserie 2 - Provkropp 4.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 11 Provserie 2, Provkropp 5 Key Word Product Name Test File Name Provserie 2 - Provkropp 5.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 12 Provserie 3, Provkropp 1 Key Word Product Name Test File Name Provserie 3 - Provkropp 1.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 13 Provserie 3, Provkropp 2 Key Word Product Name Test File Name Provserie 3 - Provkropp 2.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 14 Provserie 3, Provkropp 3 Key Word Product Name Test File Name Provserie 3 - Provkropp 3.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 15 Provserie 3, Provkropp 4 Key Word Product Name Test File Name Provserie 3 - Provkropp 4.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 16 Provserie 3, Provkropp 5 Key Word Product Name Test File Name Provserie 3 - Provkropp 5.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 17 Provserie 4, Provkropp 1 Key Word Product Name Test File Name Provserie 4 - Provkropp 1.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 18 Provserie 4, Provkropp 2 Key Word Product Name Test File Name Provserie 4 - Provkropp 2.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 19 Provserie 4, Provkropp 3 Key Word Product Name Test File Name Provserie 4 - Provkropp 3.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 20 Provserie 4, Provkropp 4 Key Word Product Name Test File Name Provserie 4 - Provkropp 4.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1 Comment

BILAGA 21 Provserie 4, Provkropp 5 Key Word Product Name Test File Name Provserie 4 - Provkropp 5.xtak Method File Name Tryck infästning.xmak Report Date 2014-05-23 Test Date 2014-05-23 Test Mode Single Test Type Tensile Speed 2mm/min Shape Plate No of Batches: 1 Qty/Batch: 1 Name Parameters Unit 1 _ 1