Tvärkraftsbelastade spikar i ändträ provningsrapport

Per Almgren, Anders Paulsson

Tvärkraftsbelastade

spikar i ändträ

Provningsrapport

Trätek

p

Per Almgren, k o n s u l t Anders Paulsson, k o n s u l t TVÄRKRAFTSBELASTADE SPIKAR I ÄNDTRÄ PROVNINGSRAPPORT TräteknikCentrum, Rapport P 8706039 Nyckelord drying end jo-Cnts

nail lateral resistance nails

1. SAMMANFATTNING R e s u l t a t S l u t s a t s 2. PRAKTISK BAKGRUND 3. PLATS FÖR PROVNING 4. VAL AV MATERIAL 5. PROVKROPPARNAS UTFORMNING

6. PROVKROPPARNAS ANTAL OCH LAGRING 7. PROVNINGSANORDNING 8. BELASTNINGSSÄTT 9. MÄTNINGAR 10. RESULTAT AV PROV A 11. RESULTAT AV PROV R 12. RESULTAT AV PROV C 13. RESULTAT AV PROV D 14. RESULTAT AV PROV E S i d 3 3 5 5 6 6 6 7 7 7 8 9 10 11 12 13 BILAGOR 1. Försöksuppställning 2. Kraft-/deformationssamband, prov A 3. Spikarnas d e f o r m a t i o n 4. S p r i c k b i l d i ändträ, prov B 5. Kraft-/deformationssamband, prov B 6. " " C 7. " " D 8. Försöksuppställning, prov E 9. Spikarnas d e f o r m a t i o n , prov E 10. Kraft-/deformationssamband, prov E 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33

1. SAMMANFATTNING

Dessa prov utgör en i n l e d a n d e d e l i undersökning av s p i k a r s hållfasthet i ändträ. Fyra p r o v s e r i e r , A - D, har genoaförts. Genensant för a l l a har v a r i t : - v i r k e : 45x145, Y:e s o r t , T18 - s p i k : 100x34, b l a n k r a f f l a d trådspik - k v i s t f r i t t i själva förbandet - s p i k a r n a h a r s l a g i t s i vinkelrätt ändytan - k r a f t r i k t n i n g e n har v a r i t p a r a l l e l l »ed v i r k e t s höjd - kantavstånd 10 d - spikavstånd 80 mm * 23 d

Dessutom har en p r o v s e r i e E genomförts där spikningsplåtar förbundits med ankarspik t i l l ändträ.

R e s u l t a t

I p r o v s e r i e A. prov av en b a s v a r i a n t , uppnåddes e t t karaktäristiskt värde som är 59\ av motsvarande värde för s p i k slagna vinkelrätt f i b r e r n a .

För tvärkraftsbelastade s p i k a r i ändträ s k u l l e nan alltså kunna tillåta 59». av de i SBN 1980 angivna tillåtna värden. Detta förutsätter dock a t t :

- långtidsegenskaperna är de samma i de två f a l l e n .

- v i r k e t är s p r i c k f r i t t e l l e r a t t s p r i c k o r n a s i n v e r k a n kan försummas - i n v e r k a n av pulserande l a s t kan försummas.

- kantavståndet är 10 d - spikavståndet är 10 d

- förankringslängden är 15 d.

I p r o v s e r i e B försökte v i åstadkomma s p r i c k o r genom a t t t o r k a v i r k e t innan v i monterade ihop provkropparna. V i s s t f i c k v i s p r i c k o r men eftersom v i i n t e kunde s t y r a s p r i c k o r n a s läge hamnade s p i k e n i s a m t l i g a f a l l i en s p r i c k f r i zon. S p r i c k o r måste studeras på annat sätt, förslagsvis bör de simuleras med sågade s n i t t . R e s u l t a t e t av p r o v s e r i e n b l e v nu istället a t t man kan se i n v e r k a n av e t t t o r r a r e v i r k e . Ur s p r i c k s y n p u n k t kan man b o r t s e h e l t från r e s u l t a t e t .

I p r o v s e r i e C växlade v i l a s t r i k t n i n g f y r a gånger, v a r j e gång belastades provkroppen upp t i l l en nivå motsvarande ungefär tillåten l a s t , innan

provkroppen belastades t i l l b r o t t . Man kan se a t t växlande e l l e r pulserande l a s t har b e t y d e l s e för r e s u l t a t e t men några längre s l u t s a t s e r kan e j dras av p r o v s e r i e n . Y t t e r l i g a r e s t u d i e r krävs. Först måste man e m e l l e r t i d fastlägga hur många c y k l e r man s k a l l köra och v i d v i l k e n lastnivå.

I p r o v s e r i e D provades s p i k med k o r t a r e förankringslängd, 7 d. Proven v i s a r en k l a r sänkning av b r o t t l a s t e n . Ur d e f o r m a t i o n s b i l d e n för spiken s e r man också en t y d l i g s k i l l n a d , se b i l a g a 3.1. V i anser a t t förankringslängden i ändträ måste vara längre och förslagsvis uppgå t i l l 15 d.

ändträ. Karaktäristisk hållfasthet b l e v 68\ av vad man har v i d förband vinkelrätt f i b r e r n a . Spikarnas d e f o r m a t i o n f i c k e t t l i k a r t a t utseende son v i d prov A.

En sammanfattning av r e s u l t a t e n frän de o l i k a p r o v s e r i e r n a ser u t så här:

Prov- A n t a l Fukt- Förank- Hållfasthet Deformation

s e r i e prov k v o t r i n g s -

_\

s % av T. k s ( s t ) (%) längd (N/spik) (N) (mm) (mm) A. 10 12 15d 761 86 59 1,79 0,46 B. 5 8 15d 786 73 61 1,22 0,53 C. 5 12 15d 731 94 57 1,90 0,35 D. 5 12 7d 578 98 45 1,80 0,24 E. 5 13 15d 1434 87 68 0,69 0^29 = k a r a k t ä r i t t i t k v ä r d e b e r ä k n a t e n l i g t r i k t l i n j e r i SBN g o d k ä n n a n d e r e g l e r 1 9 7 5 : 4 "Ha 1 I f a s t h e t • d i a e n s i o n e r i n g g e n o « p r o v n i n g " • = a p r i d n t n g 5 k a r a k t ä r t • t i • k t v ä r d e b e r ä k n a t e n l i g t S 8 N k a p 2 7 A . y = l a e d e 1 d e f o r a a t i o n v i d F

E n l i g t SBN kap 27A, remissutgåva, är karaktäristiskt värde för s p i k slagna vinkelrätt f i b r e r n a :

160 = 160 3,4^?^ = 1281 N

T^= 1,25 160 t ^ ' ^ = 1,25 160 4,0^'^ = 2111 N

i prov A - D i prov E P r o v r e s u l t a t e n v i s a r för räfflad trådspik något lägre värden än vad som anges i amerikanska normer. Dessa anger tillåten tvärkraft för s p i k i ändträ t i l l 67% av värdet för s p i k vinkelrätt f i b r e r n a . För förband med a n k a r s p i k är d e t karaktäristiska värdet något högre.

S l u t s a t s

Karaktäristiskt värde för s p i k i ändträ kan sättas t i l l ca 60\ av n o t -svarande värde för s p i k s l a g e n vinkelrätt f i b r e r n a . Innan d e t t a värde kan anges utan förbehåll näste fördjupade s t u d i e r ske, framförallt av:

- s p r i c k o r s förekonst och b e t y d e l s e . Hur kan l a n simulera den? V i l k e t säkerhetsfilosofiskt resonemang kan man föra?

- pulserande l a s t och dess b e t y d e l s e . Lastnivä och a n t a l c y k l e r v i d provning bör fastslås.

- långtidsegenskaperna. Är de l i k a som v i d s p i k a r vinkelrätt f i b r e r n a ? Dessutom måste r e g l e r för utförande u t a r b e t a s . Vårt förslag för räfflad trådspik är:

* kantavstånd 10 d ( e v . 5 d e f t e r fördjupade s t u d i e r )

* spikavstånd 10 d ( • )

* förankringslängd 15 d

* s p i k a r s k a l l e j slås i vinkelrätt utan med m i n s t 5°:s l u t n i n g . * ev. förborrning. Frågan b e r o r av vad man f i n n e r v i d s t u d i e r n a av

s p r i c k o r . Det f i n n s många v a r i a b l e r a t t s t u d e r a , b l a: - V i r k e s k v a l i t e t - Träslag - Fuktkvot - S p r i c k o r och k v i s t a r

- K r a f t r i k t n i n g , vinkelrät och t a n g e n t i e l l t mot årsringarna - S p i k t y p

- Spiklängd

- Spik- och kantavstånd - Spikdimension

- Spikar i s l a g n a vinkelrätt e l l e r i en l i t e n v i n k e l mot träet Ett s y s t e m a t i s k t a r b e t e krävs i n n a n e t t k o m p l e t t underlag f i n n s .

2. PfiAKTIgy eAKQRPNP

I dagens byggnorm, SBN 1980^finns i n g a tillåtna värden för s p i k a r i ändträ. Varken när d e t gäller u t d r a g s k r a f t e l l e r tvärkraft. I p r a k t i k e n u t n y t t j a s o f t a s p i k a r i ändträ för a t t t a upp tvärkrafter. Man v e t också av p r a k t i s k e r f a r e n h e t a t t man får en avsevärd hållfasthet hos förbanden. Någon r i k t i g dokumentation hur s t o r hållfastheten är f i n n s dock i n t e .

En v a n l i g k o n s t r u k t i o n är väggreglars infästning t i l l hammarbandet och s y l l e n . A n t i n g e n spikas de med skråspik e l l e r r a k t igenom hammarbandet. I båda f a l l e n u t n y t t j a s förbandet t i l l a t t t a upp v i n d l a s t e r som påverkar väggen. Kraftöverföring ska då ske från r e g e l n t i l l hammarbandet e l l e r s y l l e n för a t t sedan föras v i d a r e t i l l andra k o n s t r u k t i o n s d e l a r .

Ett annat exempel är k o r t l i n g a r både i väggar och i g o l v . Dessa överför också v i s s a k r a f t e r t i l l i n t i l l i g g a n d e golvbjälkar e l l e r väggreglar. Även dessa förband kan utföras a n t i n g e n med skråspikning e l l e r med s p i k a r r a k t i n i ändträet.

Hållfasthet hos s p i k a r i ändträ u t n y t t j a s många gånger för tillfälliga k o n s t r u k t i o n e r och under Bontagetiden. Men i nånga f a l l u t n y t t j a s förbandet också för permanent l a s t .

De s p i k a r som används är v a n l i g t v i s r a f f l a d trådspik. De v a n l i g a s t e

dimensionerna är 75x28 och 100x34. K o n s t r u k t i o n s v i r k e av a l l a hållfasthets-k l a s s e r förehållfasthets-kommer. Limträ hållfasthets-kan ochållfasthets-kså förehållfasthets-komma, som t ex när e t t nochållfasthets-kförband monteras på en limträtakstol. Då används o f t a s t a n k a r s p i k .

3. ptfATs m ? m m m

Provning har s k e t t på F y r i s s k o l a n , Uppsala. T e k n i k l a b o r a t o r i e t s u t r u s t n i n g har använts.

4. VAI/ AV MATgRIAL

V i r k e : Yre s o r t , s o r t e r a t i T I 8 . Furu Virkesdimension: 45x145.

Spik: b l a n k , räfflad trådspik, 100x34. a n k a r s p i k 60x40, t i l l prov E. 5. PROVKROPPARNAS UTFORMNING Provkropparnas u t f o r m n i n g i prov A prov E e r s a t t e s s i d o b i t a r n a av 2^0 D framgår av nedanstående f i g u r . I I t j o c k spikningsplåt.

Prov A - D

1

250 ₄

Prov E

'n lo O) s m /00-3Y

g. PROmQPPARWAS ANTAL OCH LACRIWQ

Fem o l i k a p r o v s e r i e r h a r genomförts med följande o m f a t t n i n g :

Prov A n t a l A B a s v a r i a n t 10 B ( S p r i c k o r ) , lägre f u k t k v o t 5 C Varierande l a s t r i k t n i n g 5 D K o r t förankringslängd = 7 d 5 E Ankarspik 5 30

V i r k e t i l l provkropparna lagrades i klimatkammare. Temperaturen hölls på +20 - +23°C och l u f t f u k t i g h e t e n ca 65\. Färdiga provkroppar lagrades i samma utrymme.

7. PROVNINGSANORDNING

A l l a prov skedde i F y r i s s k o l a n s anläggning. B e l a s t n i n g s a n o r d n i n g v i a h y d r a u l i s k t r y c k p r o v n i n g t y p Amsler.

B e l a s t n i n g e n r e g i s t r e r a s d i r e k t i p r o v u t r u s t n i n g e n . Avläsningar kan ske med noggrannhet av +50 N. Deformationerna studeras v i a separata mätklockor. Noggrannheten hos dessa är 1/100 mm.

8. BELASTNINGSSÄTT

B e l a s t n i n g e n påfördes h y d r a u l i s k t . Provningsuppställning framgår av f i g u r nedan och f o t o n i b i l a g a 1 och 8.

A1ATKL0CM 2

r-lÅT KLOCKA 1

LEDAT PRESS HUV UD

^ nÅTKLOCKA 3

0

/ / / / /

HO'HQ'2.6

Belastningen påfördes k o n t i n u e r l i g t med 300 - 400 N/minut v i d prov A - D. I prov E v a r b e l a s t n i n g s h a s t i g h e t e n 500 N/minut.

9. MÄTNINGAR

Under p r o v s e r i e n r e g i s t r e r a d e s samhörande värden på l a s t och d e f o r m a t i o n v a r j e minut. Deformationen mättes v i d båda ändarna. I utvärdering och i k r a f t - / d e f o r m a t i o n s k u r v o r n a har medelvärdet använts.

D i r e k t e f t e r genomfört prov mättes och vägdes m i t t d e l e n av provkroppen. Torkning g j o r d e s sedan i ugn t i l l s p r o v e t e j längre minskade i v i k t . Ur dessa data beräknades f u k t k v o t och d e n s i t e t . I samband med mätning och

vägning mättes årsringsbredden på m i t t d e l e n . A n g i v e t varde utgör medelvärdet av 10 s t årsringar.

P r o v n i n g s r e s u l t a t e n utvärderas e n l i g t SBN Godkännanderegler 1975:4 "Hållfasthetsdimensionering genom p r o v n i n g " .

10. RESULTAT AV PROV A Prov D e n s i t e t Årsrings- F u k t k v o t B r o t t l a s t B r o t t d e f . f ^ c ou bredd (kg/m**) (mm) u F (N) y (mm) (MPa) (N) Al A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 5500 5400 5350 5150 5000 5250 5950 5050 5300 5700 15^00 12,68 15^00 15^00 15^00 15,00 15^00 15,00 15,00 15^00 48,28 59,48 46,71 48^46 46,95 47^26 52^31 46,87 58^53 3988 3177 4009 3720 3728 3888 3981 3771 3169 47_,66 4186 f = 0.095 Q ( 2 - — — ) c ^ ou 0,15 r f c s rm 342 F = 3761 (N) rm s = 342 (N) F, = F (1-2,10 — ) = 3761 (1-2,10 — — ) k rm ^ F ^ 3761 = 3043 N

Omräknat ger d e t t a e t t karaktäristiskt värde på 3043

\ ' 4 = 761 N/spik

E n l i g t kap 27A är karaktäristisk hållfasthet hos räfflad trådspik T, = 160 f ^ ' ^ = 160 3,4^^^ = 1281 N/spik

k ^ Vårt r e s u l t a t utgör 59\ av d e t t a värde. Försöksuppställning e n l i g t f o t o n , b i l a g a 1. Kraft/^deformationssamband r e d o v i s a s i b i l a g a 2.

11. RESULTAT AV PROV B

I denna p r o v s e r i e åstadkoms n a t u r l i g a s p r i c k o r genom a t t v i r k e t f i c k t o r k a innan provkropparna monterades ihop. S p r i c k b i l d e n framgår av f o t o n i b i l a g a 4. Provkropparna provades v i d lägre f u k t k v o t än prov A. Provförloppet och r e s u l t a t e n uppvisar e j någon större s k i l l n a d jämfört med prov A, mycket

beroende på a t t någon s p i k e j hamnade i s p r i c k o r n a . R e s u l t a t e t av p r o v s e r i e n säger i n g e t om s p r i c k o r n a s b e t y d e l s e . S p r i c k b i l d n i n g e n och dess inverkan på hållfastheten och s t y v h e t e n hos förbandet måste s t u d e r a s y t t e r l i g a r e .

Prov D e n s i t e t Årsrings- Fuktkvot B r o t t l a s t B r o t t d e f . f F c r Q bredd u F y ou ' (kg/m^) (mm) (N) (mm) (NPa) (N) Bl 537,7 8,66 6600 15,00 61,30 3768 B2 525,8 1,6 9,01 7400 15,00 59,94 4321 B3 482,1 2,8 8,19 6250 15,00 54,96 3980 B4 515^4 1,8 8,97 6150 15,00 58^76 3663 85 521^0 9,21 6100 15,00 59^39 3595

* j u s t e r a t värde beräknat med u = 12\ F = 3865 (N) rm = <1-2,46 | - ) = 3865 (1-2,46 — — ) = H M N s = 293 (N) K rm F ' 3865 rm Per s p i k fås 3144 = = 786 N/spik = 6 n av 1281 Krafty^deformationssamband redovisas i b i l a g a 5

11

12. RESULTAT AV PROV C

Provkropparna, l i k a de i prov A, b e l a s t a s med 1000 N, a v l a s t a d e s , vändes och belastades upp t i l l samma lastnivå. Förfarandet upprepades. T o t a l t vändes provkropparna 4 gånger i n n a n de belastades t i l l b r o t t .

Prov D e n s i t e t A r s r i n g s - F u k t k v o t B r o t t l a s t B r o t t d e f . f c F r ^ou bredd u F y (kg/m^) (mm) (\) (N) (mm) (MPa) (N) Cl 452^2 11^71 6150 15,00 52^38 4109 C2 475^9 _3,2 10^98 5900 15,00 57,33 3602 C3 457,0 3,0' 11,45 6450 15,00 53,69 4205 C4 398j9 2,3 11,46 5350 15,00 46,84 3998 C5 464j5 3,5 10,99 5300 15,00 55^92 3317 F rm = 3846(N) F (1-2,46 rm ^ — ) = 3846 F rm (1-2,46 " \ = 2125 _{3846 ^^^^} N s = 374 (N) Per s p i k fås 2925 F, = — — = 731 N/spik = 57\ av 1281 k 4 Kraft-/deformationssamband e n l i g t b i l a g a 6.

Jämfört med prov A a r b r o t t l a s t e n aningen lägre. D e f o r m a t i o n s b i l d e n är ungefär densamma, y t t e r l i g a r e prov krävs innan man kan u t t a l a s i g om i n v e r k a n av växlande l a s t r i k t n i n g .

13. RESOLTAT AV PROV D

Spikarnas förankringslängd i ändträet hade i d e t t a prov r e d u c e r a t s t i l l 7 d = 24 mm. ( I övriga prov v a r förankringslängden 50 mm).

Någon f l y t l e d i den d e l av s p i k e n som v a r i ändträet u t b i l d a d e s a l d r i g , se b i l a g a 3. Prov D e n s i t e t A r s r i n g s - F u k t k v o t B r o t t l a s t B r o t t d e f . f c F r ^ou bredd u F y ( k g / m ^ (mm) (%) (N) (mm) (NPa) (N) Dl 451^0 _2;7 11,34 5500 15,00 53,30 3612 D2 413,6 2,3 11,96 4600 15,00 47,26 3407 D3 454^6 2,9 11,98 5400 14,31 51^88 3643 D4 436,7 2,2 12,04 4200 15,00 49,78 2953 D5 421,2 2,2 11,81 3850 15,00 48,52 2777 F^ = F (1-2,46 rm 3278 (1-2,46 393 3278 2311 N F rm s = 32781 = 393 1 Per s p i k fås 2311 = — - — = 578 N/spik = 45% av 1281 Kraft-/deformationssamband e n l i g t b i l a g a 7.

Lastnivån har r e d u c e r a t s t i l l 76 \ av nivån i prov A.

Förankringslängden e l l e r förankringen i ändträ har s t o r b e t y d e l s e .

Förslagsvis bör e r f o r d e r l i g förankringslängd v i d s p i k n i n g i ändträ sättas t i l l 15 d.

13

14. RESVLTAT AV PROV E

Här provades bärförmågan hos a n k a r s p i k . En 2,0 mm t j o c k spikningsplåt fästes t i l l ändträet med 2 a n k a r s p i k 60x40. En plåt i v a r ände. Proven genomfördes sedan l i k a som prov A. Försöksuppställning och provningsförlopp redovisas i b i l d e r i b i l a g a 8. P r e c i s som i prov A u t b i l d a d e s f l y t l e d e r i s p i k e n , se b i l a g a 9. Prov D e n s i t e t Årsrings - F u k t k v o t B r o t t l a s t B r o t t d e f . f c F r 0 ou bredd u F _y (kg/m^) (mm) i%) (N) (mm) (MPa) (N) El 467,2 3,0 12,7 10250 15,00 51^19 7008 E2 438,7 2,2 13,3 9000 15,00 46^40 6789 E3 417^0 2,2 13,2 8100 15,00 44,37 6390 E4 467,2 3,2 12,6 9800 15,00 51^49 6662 E5 459^8 2,4 12,9 8700 15,00 49^80 6115 348 6593 F rm = 6593(N)

\-

F (1-2,46 _{r - ^ =} 6593 (1-2,46 348 6593 5737 N s = 348 (N) rm Per s p i k fås ^ 5737_ ^ ^^^^ N/spik = 68% av 2111 k 4 Kraft-/deformationssamband e n l i g t b i l a g a 10.

Den använda a n k a r s p i k e n är typgodkänd och har en tillåten tvärkraft som är l i k a s t o r som för räfflad trådspik med samma diameter. V i d förband mellan stål och trä får tillåten l a s t ökas 25\. Med denna bakgrund kan

karaktäristisk tvärkraft beräknas som:

T = 1,25 160 •^^= 1,25 160 4,0^>^ = 2111 N

P r o v r e s u l t a t e t v i s a r a t t v i d förband i ändträ kan (1434/2111=0^68) 68\ av karaktäristiskt värde för förband vinkelrätt f i b r e r n a tillåtas.

BILAGA 1

B i l d 1. P r o v n i n g s u t r u s t n i n g , s t y r e n h e t ,

B i l d 2.

lb

B i l d 3. Ungefär halvvägs mot b r o t t

BILAGA 2

1

> > > > > > > > > >< O O O O O O O O O O I L t t . C t C £ . < . t - C C < 0.0.0.(1 0.Q.O Q.ao.i^

7'

19

BILAGA 3

Figur 1, Prov A, B och C. Pfinciputseende och läge hos f l y t l e d e r i spik e f t e r b r o t t .

Figur 2. Prov D. Principutseende och läge hos f l y t l e d i spik e f t e r b r o t t .

Bild 1. Spikhål i ändträ och spikarnas deformation e f t e r " b r o t t " Provserie A, B och C uppvisar samma b r o t t b i l d .

21 BILAGA k

B

Bild 1. Sprickor i ändträ, prov Ände 1.

I

I

Bild 2. Sprickor i ändträ, prov B Ände 2.

BILAGA 5

25 BILAGA 6 > > > > > < o o o o ocr c c c c 1. < a 0 . 0 . 0 a v

BILAGA 7

> > > > > <

o o o o ocr c c c c c < a o - a o o - v

2 9

BILAGA 8

Bild 1. Prov E. Provkroppen riggad.

Bild 3. Avslutat prov. Spikarnas deformation

31

BILAGA 9

23 - 26

Figur 1. Prov E. Principutseende och läge hos f l y t l e d e r e f t e r avslutat prov.

BILAGA 10

> > > > > < o o o o o C C

t. c t . c c <

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi

Troédssons forskningsfond

TräteknikCentrum

I N S T I T U T E T F O R T R A T E K N I S K F O R S K N I N G

Box 5609,114 86 STOCKHOLM Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00

Telex: 144 45 tratek s Telefax: 08-1161 88 Huvudenhet med kansli

Åsenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 Telefax: 036-16 87 98 ISSN 0283-4634 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18 Telefon: 0910-652 00 Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-652 65