6/24/2011                 Torsional stiffness of small‐ and                   medium‐size samples of cross                ...
6/24/2011                                                  Cross laminated timber                                         ...
6/24/2011Cross laminated timber (CLT, KLH or Xlam) • Certified structural product in:                        p   EU   – Ge...
6/24/2011                       CLT Movies!http://www.clt.info/                                                Fast movie ...
6/24/2011                          Materials• Wood :Hybrid poplar, Greenwood Tree FarmNominal section = 6 x 1 ½ in, 8 ft l...
6/24/2011                        Test procedures Block shear tests             Shear‐bending test based on  Methods:      ...
6/24/2011                     Shear block testsSpecimens:Shear blocks cut from small 3‐layer CLT billets bonded w/o surfac...
6/24/2011                                                                            Shear block test results             ...
6/24/2011                                                      Shear block test results                                   ...
6/24/2011        Tests on 4 ft x 4 ft samplesPanel twisting test    Deflection measured w/ dial gagesbased on ASTM 3044b d...
6/24/2011     Surface topographySurface topography under load                                      11
6/24/2011          DeflectionDeflection paths to be analyzed                                        12
6/24/2011                                                                                                                 ...
6/24/2011  Simulation:  4 ft x 4 ft panel  Simulations based on measured longitudinal   modulus of the hybrid poplar board...
6/24/2011                              Summary• Bond performance:   – No substantial effect of adhesive spread rates (betw...
6/24/2011                   Questions?Dark side                            Bright side                                   B...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Session 29 ic2011 muszynski

515

Published on

Published in: Business
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
515
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
10
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Transcript of "Session 29 ic2011 muszynski"

  1. 1. 6/24/2011 Torsional stiffness of small‐ and  medium‐size samples of cross  laminated timber (CLT) panels: laminated timber (CLT) panels: optical measurements and FEM  simulations Lech Muszyński1 Mélanie Noyel2 Thomas Pisaneschi2 Université H. Poincaré (University of Nancy) Václav Sebera3 Benjamin Sundberg1 Rakesh Gupta1 Cross laminated timber (CLT or Xlam) Kreuzlagenholz (KLH)http://www.storaenso.com/ d/0607/0607240451/1.php www.news.janjan.jp/world 1
  2. 2. 6/24/2011 Cross laminated timber  (CLT, KLH or Xlam) CLT is manufactured in 3, 5, 7 and multilayer  composites with different lumber thicknesses.  h d ff l b h k Maximum overall thickness: 40 cm. v=pI3tMQ20mzs&NR=1 Surface can be finished with wood‐based panels  (e.g. sheetrock  or plywood) by adhesive bondinghttp://www.youtube.com/watch?v http://www.storaenso.com/ Width: up to 2,95  m Length: up to 16 m Thickness: up to 40 cm Pre‐cutting: cuts for windows, doors, and so on Wood species: Spruce , Pine or Larch (in EU) Adhesives: MUF, PRF, PUR http://www.clt.info/ 2
  3. 3. 6/24/2011Cross laminated timber (CLT, KLH or Xlam) • Certified structural product in: p EU – Germany – France – Spain – Austria i Russia • Fire Code Approval in Canada http://www.binderholz‐bausysteme.com Recently in NA… http://www.fpinnovations.ca/pdfs/CLT.pdf 3
  4. 4. 6/24/2011 CLT Movies!http://www.clt.info/ Fast movie  ObjectivesTo investigate the viability of Oregon Hybrid Poplar for Cross laminated timber:Poplar for Cross laminated timber: – Investigate optimal bonding conditions  – Master manufacturing small and medium scale CLT  samples  – Determine benchmark mechanical characteristics of Determine benchmark mechanical characteristics of  the samples  – Develop procedures for scaling up results from small‐ scale samples to full‐scale elements 4
  5. 5. 6/24/2011 Materials• Wood :Hybrid poplar, Greenwood Tree FarmNominal section = 6 x 1 ½ in, 8 ft longMeasured mean characteristics Moisture content = below 6%Measured thickness = 34.8 ± 1.4 mmDensity = 295 kg/m‐3 (19.4 cpf)Elastic modulus = 7.58 GPa (1 1*106 psi)Elastic modulus  7.58 GPa (1.1 10• Adhesive : PRF resin, Hexion Specialty Chemicals, Springfield, OR Resin : Cascophen LT‐5210J Hardener : Cascoset FM‐6210 not exactly a structural‐grade timber 5
  6. 6. 6/24/2011 Test procedures Block shear tests  Shear‐bending test based on  Methods: ASTM 3044 modified ASTM D143 (14)  modified ASTM D1037 (81‐86 & 87‐90) P (dead weight) Δctr Sample A Sample B Δsup Sample E Sample L Shear block testsVariables Specimen geometry2 adhesive spread rates2 adhesive spread rates 0.25 kg/m2 (55 lb/1000 ft2) 0.45 kg/m2 (100 lb/1000 ft2)3 clamping pressures (12 hours) Sample A Sample B 0.34 MPa (50 psi) 0.69 MPa (100 psi) 1.03 MPa (150 psi) Sample E Sample L 3‐8 specimens per condition, all specimens bonded at MC ~12 % 6
  7. 7. 6/24/2011 Shear block testsSpecimens:Shear blocks cut from small 3‐layer CLT billets bonded w/o surface prep Shear block test results Shear along the grains:  5.63 MPa 1.28 MPa 5 63 MP ± 1 28 MP Sample A (817 psi ± 186 psi) “Rolling shear”: 2.80 MPa ± 0.45 MPa Sample B (406 psi ± 65 psi) (406 i ± 65 i) 7
  8. 8. 6/24/2011 Shear block test results Sample L Sample E Sample B 3.5 3.5 Type L avg Spread rate 0.25 kg/m2 Type E avg Spread rate 0.25 kg/m2 Spread rate 0.45 kg/m2 Spread rate 0.45 kg/m2 3.0 3.0 Rolling shear in clear wood samples 2.80 MPa ±0.45 MPa Rolling shear in clear wood samples 2.80 MPa ±0.45 MPa ear stress, MPa ear stress, MPa 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5Max she Max she 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0.34 MPa (50 psi) 0.69 MPa (100 psi) 1.03 MPa (150 psi) 0.34 MPa (50 psi) 0.69 MPa (100 psi) 1.03 MPa (150 psi) clamping pressure clamping pressure No substantial effect of adhesive spread rates  (between 0.25 and 0.45 kg/m2)  Shear block test results 3.5 Type L avg Type E avg 3.0 Rolling shear in clear wood samples 2.80 MPa ±0.45 MPa Pa Max shear stress, MP 2.5 2.0 Sample L 1.5 1.0 0.5 Sample E S l E 0.0 0.34 MPa (50 psi) 0.69 MPa (100 psi) 1.03 MPa (150 psi) clamping pressure Weak effect of billet bonding pressure in specimens Type L Specimen Type L reveals the weakest aspect of the bond Sample B (should be preferred in testing) 8
  9. 9. 6/24/2011 Shear block test results 140% Spread rate 0.45 kg/m2 Type L Type E ailure 120%Percent of rolling shear fa 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0.34 MPa (a psi) 0.69 MPa (50 psi) 1.03 MPa (100 psi) clamping pressureIn most cases failure is governed by rolling shear (regardless of the specimen type) Test panels manufactured at  3‐layer, 1.22 m x 1.22 m  (4 ft x 8 ft*)  (4 ft x 8 ft*) *later divided into two 4 ft x 4 ft Clamping pressure: not measured PRF Spread rate: 0.45 kg/m2  3 layer, 0.61 m x 0.61 m 3‐layer, 0.61 m x 0.61 m (2 ft x 2 ft) glue line ‐ Clamping pressure: 0.83 MPa PRF Spread rate: 0.45 kg/m2  9
  10. 10. 6/24/2011 Tests on 4 ft x 4 ft samplesPanel twisting test  Deflection measured w/ dial gagesbased on ASTM 3044b d ASTM 3044 Load‐Deflection 12 Repeatibility test 10 Series w/ DIC Linear (Repeatibility test) 8 P = 2.8482Δ Load, kN R² = 0.9984 6 4 2 0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Δ ctr, mm Tests on 4 ft x 4 ft samplesPanel twisting test based on ASTM 3044b d ASTM 3044 deflection  measured  optically  (DIC)  10
  11. 11. 6/24/2011 Surface topographySurface topography under load 11
  12. 12. 6/24/2011 DeflectionDeflection paths to be analyzed 12
  13. 13. 6/24/2011 Deflections along ctr vertical 2 0 ‐2 Deflection, mm ‐4 ‐6 Vertical in Image #20 (P=6 kN) ‐8 Vertical in Image #27 (P=0 kN) ‐10 0 200 400 600 800 1000 1200 Distance along vertical: Y, mm Deflections along ctr horizontal Deflections along the diagonal 2 2.00 0 0.00 ‐2 ‐2.00 Deflection, mmDeflection, mm ‐4 ‐4.00 ‐6 ‐6.00 Horizontal in Image  #20 (P=6 kN) Diagonal in Image  #20 (P=6 kN) ‐8 ‐8.00 Horizontal in Image  #27 (P=0 kN) Diagonal in Image  #27 (P=0 kN) ‐10 ‐10.00 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 Distance along horizontal: X, mm Distance along diagonal:  L, mm Load‐Deflection 12 Repeatibility test Measurements  & Simulations 10 Series w/ DIC Linear (Repeatibility test) 8 P = 2.8482Δ Load, kN R² = 0.9984 6 4 2 0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Δ ctr, mm 13
  14. 14. 6/24/2011 Simulation: 4 ft x 4 ft panel Simulations based on measured longitudinal  modulus of the hybrid poplar boards:  7.58 GPa (1.1*106 psi)  Other elastic properties derived from  relations published in 2010 FPL Wood  Handbook for eastern cottonwood and  yellow poplar. 27/28 Deflections along ctr horizontal 2 0 ‐2 Deflection, mm ‐4 ‐6 DIC (P=6 kN, hybrid poplar) ( y p p ) FEM (P=6 kN, cottonwood) ‐8 FEM (P=6 kN, yellow poplar) ‐10 0 200 400 600 800 1000 1200 Distance along horizontal: X, mm Deflections along ctr vertical Deflections along the diagonal 0 2 ‐1 0 ‐2 ‐3 ‐2Deflection, mm Deflection, mm ‐4 ‐5 ‐4 ‐6 ‐6 ‐7 DIC (P=6 kN, hybrid poplar) DIC (P=6 kN, hybrid poplar) ‐8 FEM (P=6 kN, cottonwood) ‐8 FEM (P=6 kN, cottonwood) FEM (P=6 kN, yellow poplar) ‐9 FEM (P=6 kN, yellow poplar) ‐10 ‐10 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 Distance along vertical: Y, mm Distance along diagonal:  L, mm 14
  15. 15. 6/24/2011 Summary• Bond performance: – No substantial effect of adhesive spread rates (between  0 25 d 0 45 k / 2) 0.25 and 0.45 kg/m )  – Weak effect of billet bonding pressure in specimens Type L – Specimen Type L reveals the weakest aspect of the bond  (should be preferred in testing) – In most cases failure is governed by rolling shear  (regardless of the specimen type)• G d Good agreement between FEM simulation and full  tb t FEM i l ti d f ll field deflection measurements on loaded panels• Data analysis is pending Acknowledgements Mélanie Noyel & Thomas Pisaneschi  graduate interns from ENSTIB (School of Wood Science and Timber Engineering) graduate interns from ENSTIB (School of Wood Science and Timber Engineering) division of the Université Henri Poincaré (University of Nancy) in Epinal, France Milo Clauson, OSU Lee Jimerson, Collins/GreenWood Todd Miller, Hexion Specialty Chemicals 15
  16. 16. 6/24/2011 Questions?Dark side Bright side Bucket for  bad ideas  (just half full)unrealitymag.com swg.stratics.com 16

×