To achieve sufficient stability of a structure in a fire scenario, a thorough design of joints in wooden structures are as important as the design of the construction itself. As an earlier study points out, there are no existing design method available to determine the load capacity of an axially loaded screw joint in wooden structures, which complicate the process of a thorough design of the joint in a fire scenario.This research has been made with the aim to establish a sufficient design approach in terms of the most effective mounting of the screw inside a wooden joint with respect to load capacity in a fire scenario. A numerical model has been created in TASEF to evaluate if this type of model can predict the temperatures inside a joint, and further be applicable in the design phase of the joints regarding to the load capacity´s temperature dependency.The objective of this research has been the study of three different types of screw joints exposed to axial load, with two different screw lengths. Laboratory work has been made, where four reference tests were performed to gain reference load capacities to later be compared with the load capacities of twelve fire tests. The fire tests were conducted with fire exposure of 30 and 60 min, where the load capacity and the temperatures inside the joint where measured. Temperature models were created in TASEF to represent each fire test, where the temperatures inside the joints where calculated and evaluated.The results showed that the most effective screw mounting with respect to remaining load capacity after fire exposure was case 3, where a protective dowel was added to the countersunk screw. This type of mounting had the greatest remaining fastening length because the charring did not affect this length in the same extent as for the other two cases. The longer screw had a percentual higher remaining load capacity than the shorter screw. This can also be described by the relationship between the fastening length and the load capacity.In specific points, the numerical model did not correspond to the measured temperatures. One explanation for this scenario can be the fact that the material properties of the screw used in the fire tests were not equal to the properties used in TASEF. This may have affected the conductive heat flux through the joint, leaving different temperatures in the two measuring points. However, a good correlation between the charring of the test specimens and the temperature distribution achieved from the numerical model in TASEF exists and this implies that this model can be used for predicting the general temperature distribution inside a fire exposed joint. / För att uppnå tillräcklig stabilitet i en brandutsatt träkonstruktion är en noggrann design av förbanden lika viktig som designen av konstruktionselementen i sig själva. En tidigare studie har belyst att det idag inte finns någon tillgänglig designmetod för att bestämma lastkapaciteten av ett brandexponerat axiellt belastat skruvförband i träkonstruktioner, vilket komplicerar processen för en noggrann design av förbandets kapacitet i brandfallet.Denna studie har gjorts med målet att etablera ett designscenario där den mest effektiva monteringen av skruven presenteras med hänsyn till lastkapacitet i brandfallet. En numerisk beräkningsmodell har skapats i TASEF för att utvärdera om denna modell kan förutsäga temperaturerna inuti ett brandutsatt träförband och huruvida denna modell vidare kan vara tillämpbar i designen dessa förband med hänsyn till lastkapacitetens temperaturberoende.Tre olika typer av skruvförband utsatta för axiell belastning har studerats inom ramen för detta arbete, där också två skruvlängder har studerats. Experimentella laborationsförsök har genomförts där fyra prover utfördes i normala temperaturer för att erhålla referensvärden för att senare kunna jämföras med lastkapaciteten för tolv efterföljande brandprover. Brandförsöken utfördes med brandexponering under 30 och 60 minuter, där lastkapaciteten och temperaturerna inuti förbandet mättes. Temperaturmodeller skapades i TASEF för att representera varje brandprov, där temperaturerna inuti förbandet beräknades och utvärderades.Resultaten visar att den mest effektiva skruvmonteringen med avseende på kvarvarande lastkapacitet efter brandexponering var fall 3, där en skyddande träplugg sattes på det försänkta skruvhuvudet. Denna typ av montering hade störst kvarvarande infästningslängd eftersom förkolningen inte påverkade denna längd i samma utsträckning som för de andra två fallen. Den längre skruven hade en procentuellt högre kvarvarande lastkapacitet än den kortare skruven. Detta kan också beskrivas av förhållandet mellan fästlängden och kapaciteten.I vissa punkter motsvarade den numeriska modellen inte de uppmätta temperaturerna. En förklaring till denna avvikelse kan vara det faktum att materialegenskaperna som använts i brandproverna inte var lika med de egenskaper som använts i TASEF. Detta kan ha påverkat konduktiviteten i förbandet och genererat olika temperaturer i de två mätpunkterna. Det finns dock en tydlig korrelation mellan förkolningen av provkropparna och den temperaturfördelning som uppnåtts från den numeriska modellen i TASEF, och detta innebär att denna modell kan användas för att förutspå den generella temperaturfördelningen inuti ett brandexponerat förband.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-89411 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Pettersson, Henrik, Wiklund, Emma |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0038 seconds