Liimapuupilarikengän prototyypin FEM-simulointi ja verifiointi 2. sukupolven Eurokoodien mukaan

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan liimapuupilarikengän prototyypin simulointiprosessia elementtimenetelmää hyödyntävällä ohjelmistolla. Simulointi on toteutettu HAMK Techille osana HYBRITUT-hanketta, ja sen tulokset jäävät hankkeen osapuolten käyttöön. Simulointi suoritettiin SIMULIA Abaqus CAE-ohjelmistolla, ja prosessi toteutettiin pääosin Eurokoodien toisen sukupolven standardien mukaisesti. Näiden keskiössä on kokonaan uusi Eurokoodi 3, osa 14, joka oli opinnäytetyön laatimishetkellä esistandardivaiheessa nimellä prEN 1993-1-14:2023 Design Assisted by Finite Element Analysis.

Opinnäytetyön tavoitteena on selvittää liimapuupilarikengän prototyypin vetokestävyys ja mahdolliset optimointimahdollisuudet pilarikengän geometriassa. Tavoitteena on myös tarkastella Eurokoodi 3:n osan 14 käytettävyyttä tämän kaltaisessa selvityksessä. Myös pilarikengän murtumistapa ja hetki selvitetään vetorasituksessa.

Opinnäytetyössä on esitetty kaikki simulointiin liittyvät parametrit ja geometria, jotta tulokset olisivat kolmannen osapuolen tarkistettavissa ja toistettavissa. Pilarikengän suuruusluokan selvittämiseksi on tehty käsinlaskennat, jotka ovat esitettyinä opinnäytetyössä.

Johtopäätöksissä todetaan, että pilarikengän lopullisen kapasiteetin määrittämiseen tulee määrittää sallittu maksimisiirtymä, jota voidaan verrata saatuihin tuloksiin. Pohdinnoissa on myös esitetty parannusehdotuksia simulointimalliin sekä itse pilarikenkään. Myös työmaatoteutukseen liittyviä asennusteknisiä asioita on esitetty sekä niiden vaikutuksia pilarikengän toimivuuteen.

This thesis examines the simulation process of a glued laminated timber column shoe prototype using software based on the finite element method (FEM). The simulation was conducted for HAMK Tech as part of the HYBRITUT project, and the results remain available for the use of the project partners. The analysis was performed with SIMULIA Abaqus CAE software, following the principles of the second-generation Eurocodes. Central to these standards is the entirely new Eurocode 3, Part 14, which, at the time of this thesis, is in the pre-standard stage and titled prEN 1993-1-14:2023 - Design Assisted by Finite Element Analysis.

The main objective of the thesis is to determine the tensile strength of the glued laminated timber column shoe prototype and to identify potential opportunities for optimization. Another objective is to assess the applicability of Eurocode 3, Part 14, to this type of FEM-based structural study. The fracture mode and the moment of the column shoe under tensile stress are also examined.

The thesis presents all parameters and geometric definitions used in the simulation, enabling verification and reproducibility by third parties. Manual calculations have been performed to define the dimensions of the column shoe, and these calculations are presented for comparison.

The conclusions indicate that to determine the final capacity of the column shoe, the maximum permissible displacement must be established and compared with the obtained simulation results. The discussion also includes suggestions for improvements to both the simulation model and the column shoe itself. In addition, installation-related considerations for on-site implementation are discussed, along with their potential effects on the functionality of the column shoe.