Pyöröhirsien taivutuslujuuden kokeellinen selvitys

Abstract

Työn tarkoituksena oli selvittää käsinveistettyjen pyöröhirsien taivutusjännitys määrätyillä taipumilla verrattuna Eurokoodi 5:n mukaiseen laskennalliseen mitoituslujuuteen. Tutkimusongelmana oli kokemusperäisten havaintojen ja mitoituslaskelmien suurehko ristiriita. Toisena ongelmakohtana koettiin Eurokoodi 5:n yksioikoinen määritelmä pyöreän puun lujuusluokitukseen.

Tutkimus suoritettiin taivutuskokeena läpimitaltaan 200 - 350 mm:n koekappaleilla noin 6 m:n jännevälillä. Voima kohdistettiin pistekuormana vetämällä hydraulisylinterillä pukkien varaan tuettua hirttä sen keskikohdasta alaspäin. Kokeen aikana seurattiin painemittarin osoittamaa vetovoimaa ja linjalankaa verrokkina käyttäen kappaleen taipumaa. Taivutuskokeiden videotaltioinneista poimittiin mittarilukemat kuvaajien piirtämiseksi. Koekappaleet olivat kesän yli kuivuneita, kosteusprosentit 22,8 - 25,9 % ja iältään sekä kasvunopeudeltaan tavanomaisia päätehakkuukypsän metsän puuyksilöitä. Kokeessa oli mukana sekä mänty- että kuusitukkeja, verrokkina myös vastakaadettu täysin tuore hirsi, sekä muutama tarkoitushakuisesti erittäin huonolaatuinen tukki; suurioksainen ja harvasyinen. Yleensä sen laatuinen, jollaista ammattitaitoinen hirrenveistäjä ei ikinä käyttäisi kantavana palkkina.

Koekappaleita ei rasitettu murtorajatilaan, vaan kuormitus lopetettiin taipuman saavutettua L/50 arvon tai kun koelaitteiston kapasiteetin raja (n. 45 kN) tuli vastaan. Taivutusjännitykset 60 mm:n taipumalla (L/100) olivat noin 30 – 40 MPa ja kosteusprosentit n. 23 - 26. Lopullinen murtolujuus olisi kaikilla koekappaleilla ollut suurempi kuin näissä testeissä mitatut taivutusjännitykset.

The objective of this thesis was to define the bending stress of hand crafted round logs and compare it with Eurocode 5 calculated strength. Because there is no industrial testing and this kind of test method would be needed in future, the equipment had to execute from beginning to end. There is some documented research on small-diameter round logs and also large-sized sawn material but nothing concerning massive round logs. Thus, assumable this kind of bending test had not been made earlier with logs of this size.

For this research, eight logs were felled with diameters between 200 and 350 mm. Sampling included spruce and pine logs. The test equipment consisted of tripod supports, ground guy, hydraulic cylinder, pressure gauge and line string with a measure scale. The test specimen was set on supports, centralized, and concentrated load was caused with a hydraulic cylinder. Bending and hydraulic pressure were documented with video camera so that the string line, measure scale and pressure gauge were visible in the same view.

The result indicate that a handcrafted round log have higher load capacity than sawn material. Figured out that test specimens strength in permitted bending limit corresponded nearby Eurocode 5 breaking strength for round wood material. Test specimens were fresh, with moisture content of 23-26 %, which weakens stiffness and strength of the logs. However, due to minor sampling, the results may only be directional. Therefore, further tests are necessary to calculate bending more accurately.