První rok řešení projektu se nesl v duchu příprav a testování experimentálních metod vhodných ke zkoušení spojů, hledání vhodných metod ke zpracování výsledků a jejich interpretaci. Proběhla rešerše dostupných normativních podkladů, které se k testování dřevěných konstrukcí vztahují, např. rychlost zatěžování, cyklické zatěžování, možnost relaxace prvku atd. (ČSN EN 12 512, ČSN EN 73 2030).
Spoje se zkoušely v několika velikostech (zajímavá je do budoucna otázka škálovatelnosti vlastností a chování dřeva). Zmenšeniny pomohou odhalit trendy v chování, je možné jich vyrobit více, výhodou je snadnější manipulace a možnost použití menších zkušebních zařízení. Zkoušení replik v měřítku 1:1 je neocenitelné z hlediska autenticity chování skutečných konstrukčních prvků, ovšem jejich výroba a příprava experimentů zabere mnohem více času. Ve všech sériích byly testovány také referenční trámy bez spoje pro posouzení efektivity spoje vzhledem k únosnosti obyčejného trámu.
Důležitou součástí prvního roku řešení byla možnost otestovat nejmodernější postupy snímání deformací (optické metody s následnou obrazovou analýzou). Současně s měřením standardních mechanických ukazatelů během mechanických zkoušek (síla, deformace) bylo synchronizovaně provedeno i měření pomocí optických metod na bázi metody digitální korelace obrazu (DIC), v případě zmenšených modelů dokonce dvěma nezávislými systémy (ÚTAM a MENDELU). Měření spočívá v provedení 2D obrazového záznamu zkoušky. Z dat jsou následně spočítána pole posunutí a poměrné deformace, což poskytuje velmi cenné a přesné informace o mechanickém chování spoje v průběhu zatěžování na snímané ploše spoje (zajímavá místa jsou oblast okolo spojovacích prostředků a především kontaktní šikmé čelo).
Pro komplexnost výzkumu byly všechny vzorky po zkouškách podrobeny testování materiálových vlastností a vlhkosti dřeva. Bezvadá zkušební tělesa byla provedena dle požadavků příslušných norem (20x20x30 mm – tlak, 20x20x300 mm – ohyb). Zjišťovanými vlastnostmi byly pevnost v ohybu fm (dle normy ČSN 49 0115), modul pružnosti v ohybu Em (dle normy ČSN 49 0116), pevnost v tlaku fc (dle normy ČSN 49 0110), modul pružnosti v tlaku Ec (dle normy ČSN 49 0111) a hustota (dle normy ČSN 49 0108). Měření se prováděla v laboratoři Ústavu nauky o dřevě Mendelovy univerzity v Brně. Byly stanoveny vlastnosti, které později sloužily ke korekci výsledků zkoušek spojů a také jako vstupní data do numerických a analytických modelů.
Vlhkost ovlivňuje chování dřeva, a je proto nutné její obsah v materiálu sledovat a zohlednit ve výsledcích, což bylo při řešení projektu přísně dodržováno. Při měření byl použit zarážecí vlhkoměr. Vlhkost trámů s profilem 200×240 mm a 100×120 mm (užitečné zmenšeniny v měřítku 1:2) byla okolo 18 %, což je výsledek přirozeného vysychání čerstvě vytěženého dřeva. Materiál byl dovážen po kácení přímo z vybraných pil a skladován v prostorách ÚTAM AV ČR, v. v. i. Malé vzorky s profilem 50×60 mm (modely 1:4) měly vlhkost ideálně vysušeného truhlářského řeziva 12 %.
-
- Zatěžovací diagram – zkouška v 3B ohybu
-
- Vlhkoměr; vlhkost dřeva ovlivňuje jeho chování a bylo třeba ji monitorovat u všech vzorků
-
- Měření mechanických vlastností, pevnost v tlaku podél vláken
Dlouhodobé zatěžování kolíků
Kromě dotvarování celých prvků se spoji se zkoušely reologické vlastnosti samotných dubových kolíků. Vzorky byly tvořeny dvěma smrkovými fošnami spojenými jedním dubovým kolíkem s průměrem d = 16 mm. Tah ve vzorcích byl vyvolán váhou břemene o hmotnosti 120 kg nebo 122 kg. Sledován byl vývoj deformace. první série testů trvala 6 měsíců. Vlhkost vzorků […]
Kolíky ze spoje
Pro správné naladění numerických modelů i analytického modelu bylo nutné znát tuhosti jednotlivých spojovacích prostředů. Proto byly provedeny zkoušky, které simulují jejich zatížení v konstrukci plátového spoje. Kolíky – části původních spojů byly zkoušeny na ÚTAM AV ČR, v. v. i. Průběh tlakové zkoušky – kolmo na vlákna byl inspirován EN 383 Dřevěné konstrukce – Zkušební metody […]
Hmoždík – experimenty
Pro správné naladění numerických modelů i analytického modelu bylo nutné znát tuhosti jednotlivých spojovacích prostředů. Proto byly provedeny zkoušky, které simulují jejich zatížení v konstrukci plátového spoje. Dubové hmoždíky byly zkoušeny v několika variantách. První zkoušky se zaměřily na hmoždík pro spoje v měřítku 1:1. Hmoždík byl vlepen (později pouze vsazen) do masy okolního měkkého dřeva a […]
Ohyb a tlak – experimenty 1:2
Ověřovací experimenty, jejichž výsledky verifikovaly návrhové grafy pro certifikovanou metodiku. Spoje byly namáhány kombinovaným zatížením v tlaku a ohybu. Kombinované zatížení bylo vyvozeno břemenem o hmotnosti 740 kg zavěšeným doprostřed rozpětí trámu se spojem. Poměr ohybového momentu M a normálové síly N byl určen sklonem prvku stejně jako v případě zkoušek v měřítku 1:4. Zkoušen byl čtyřkolíkový spoj […]
Ohyb a tah – experimenty 1:2
Ověřovací experimenty, jejichž výsledky verifikovaly návrhové grafy pro certifikovanou metodiku. Spoje byly namáhány kombinovaným zatížením v tahu a ohybu. Tahové zatížení v kombinaci s ohybem bylo vyvozeno břemenem zavěšeným přes kladku na konec trámu se spojem. Jeho hmotnost se postupně zvyšovala tak, aby vyvodila požadovanou kombinaci ohybového momentu M a normálové síly N. Vzájemný poměr vnitřních sil byl korigován […]
Dlouhodobé experimenty
Dotvarování na hale – “koule a cágly” V návrhové metodice se vychází z Eurokódu a jeho filozofie bezpečnostních koeficientů, které pokrývají také dlouhodobé dotvarování dřeva, které je vystaveno zatížení. Při diskuzi, jak v metodice tuto skutečnost zdůraznit, bylo rozhodnuto o dalších ověřovacích experimentech se zatížení odpovídajícím koeficientu 1 dle návrhových grafů, tj. bez těchto bezpečností. Zkoušené trámky byly […]
Devítikolík v ohybu
Devítikolíkový spoj byl po úspěšné tahové zkoušce ověřen pro srovnání také v ohybu. Tříbodový ohyb byl proveden na vzorku s rozpětím 2,4 m (vliv dispozice stroje), délka spoje byla opět Lp=5,25h a kolíky byly bukové s průměrem d = 16 mm. Únosnost spoje výrazně nenarůstá s počtem kolíků, jak již bylo prokázáno na spojích se dvěma, […]
Devítikolík v tahu
Tahová zkouška devítikolíkového spoje proběhla na vzorcích v měřítku 1:2 (100×120×1500 mm) pomocí stroje MTS. Délka spoje byla Lp = 5,2h a devět kolíků z buku mělo průměr d=16 mm. Chování spoje bylo monitorováno pomocí DIC. Jeden ze vzorků byl zatížen extrémně, aby se dosáhlo poškození kolíků. V ostatních případech byl důvod poškození mimo spoj v uchycení vzorku […]
Tahová zkouška dvouhmoždíku 1:2
Při zkouškách šlo o ověření návrhových diagramů v oblasti tahu u hmoždíkových spojů. Jednou z příčin bylo i sledované pootáčení hmoždíku během zkoušek samostatných spojovacích prostředků. Toto pootočení zapřičiňuje, že při vyšších namáháních už nejsou hmoždíky ve spoji namáhány na smyk a jejich tuhostní potenciál není využit. Plně se mohou zapojit pouze v případě, že se od […]
Tahové zkoušky hmoždíkových spojů 1:1
Po nedostatečných výsledcích na vzorcích v měřítku 1:2 zkoušených na MTS bylo rozhodnuto snížit tahovou únosnost hmoždíkových spojů výrazným způsobem. Pro skutečně relevantní opravu hranice v návrhových grafech se vyzkoušely i vzorky v měřítku 1:1 (rozměr vzorků 200×240×2500 mm). Byl testován jednohmoždík i dvouhmoždík, obě varianty bez kolíků (na straně bezpečné). Délka samotného spoje byl Lp=5,75h. […]
ZPĚT na Plátový spoj