Lock-Wood liimapuupalkin testaustulokset

FAX Tuomo Poutanen – Tapio Ylipuranen 03-5526333

VERTAILUKOKEET LOCK-WOOD-PALKKI – SYRJÄLAMINOITU LIIMAPALKKI

Tavoite

Kokeen tavoitteena oli selvittää, onko Lock-wood-palkin (jäljempänä LW-palkin tai hammaspalkin, tai H-palkin) ja syrjälaminoidun liimapalkin (jäljempänä L-palkin) välillä lujuus- ja jäykkyyseroja palkkikuormituksessa (tuet syrjillä, lapesuunta pystyssä).

Menetelmä

Palkit valmistettiin samasta puutavarasta niin, että raaka-aine valittiin sattumanvaraisesti H-palkkiin ja L-palkkiin. Molempia palkkeja käsiteltiin samalla tavalla.

Koestus

Palkit kuormitettiin Tampereen teknillisessä korkeakoulussa suoraan murtoon noin 5 min kestävässä kuormituksessa. Kokeessa mitattiin, molempien tukien tukivoima ja keskipisteen taipuma.

Tutkimusmenetelmä

Puun lujuushajonta on suuri, minkä johdosta pätevien johtopäätösten tekeminen edellyttää, että koekappaleiden lukumäärä olisi useita kymmeniä. Tässä kokeessa koekappaleiden lukumäärä oli vain 11 ja 12. Koe ei siten anna perusteita tehdä päätelmiä lujuuksien ja kimmomodulien absoluuttisista suuruukista. Kuitenkin, koska molemmat palkit valmistettiin samanlaisesta puuraaka-aineesta koe antaa mahdollisuuden tehdä päätelmiä kahdella erilaisella teknologialla valmistettujen palkkien keskinäisistä ominaisuuksista.

Tulokset

Tulokset ovat liitteissä. Koetuloksista johdettiin taivutuslujuus ja jäykkyys olettamalla, että palkit olisivat tasaisesti kuormitettuja. Todellisuudessa palkit olivat pistemäisesti (k300 mm) kuormitettuja. Olettamuksella ei ole vaikutusta johtopäätöksiin (palkkien vertailuarvoihin).

Ominaisuus	Lock-wood-palkki	syrjälaminoitu liimapalkki	suhde LW/L-palkki
lujuus, keskiarvo, (MPa)	35.79	34.38	1.04
lujuus, hajonta, (MPa)	5.46	10.03	0.54
lujuus, variaatiokerroin (%)	15	29	0.52
ominaisarvo (MPa), 10 koetta	24.32	13.31	1.83
heikoin lujuus (MPa)	27.03	21.43	1.26

Taulukko 1 Lock-wood-palkin ja syrjälaminoidun palkin murtolujuudet, lujuushajonnat ja variaatiokertoimet laskettuna kokeista eri menetelmillä

Johtopäätökset

Lock-wood-teknologialla valmistettu palkki on lujempi kuin syrjälaminoitu liimapalkki. Lujuudet voidaan johtaa kokeesta useilla eri menetelmillä. Yleisen käytännön mukaan suunnittelussa käytetään ns. 5% arvoja eli arvoja, jotka vain 5% kokeiden määrästä alittaa.

Jos koe arvioitaisiin nykyisen puurakenteiden normin (B10) mukaan olisi Lockwood palkki 83% lujempi (taivutuslujuudet 24.32 MPa ja 13.31 MPa). Tässä menetelmässä lujuus oletetaan normaalijakautuneeksi. Tässä tapauksessa menetelmä näyttää suosivat Lock-wood-palkkia.
Jos koe arvioitaisiin ns. parametrimenetelmällä voitaisiin 5% arvo johtaa, jos kokeita olisi ainakin 20. Tässä tapauksessa kokeita oli vähemmän (11 ja 12). Vertailuarvona voidaan kuitenkin käyttää alhaisinta lujuutta. Tämän arvion mukaan Lock-wood-palkki on 26% lujempi (alhaisimmat lujuudet 27.03 MPa ja 21.43 MPa).

Kokeen tuloksena voidaan tehdä sellainen johtopäätös, että Lock-wood-palkki on ainakin 15-20% lujempi kuin syrjälaminoitu vastaava liimapalkki. Tämä johtuu kahdesta syystä:

Lock-wood-palkin lujuushajonta on huomattavasti pienempi (variaatiokertoimet 15% ja 29%). Tämä voidaan selittää lamellointivaikutuksella. LW-palkissa on rinnakkain kaksi puuta, jolloin yhdessä puussa olevan lujuusvian vaikutus on vähäisempi.
Lock-wood-palkin keskimääräinen lujuus on hieman suurempi (4% suurempi, 35.79 MPa ja 34.38 MPa). Tämäkin voidaan selittää lamellointivaikutuksella.

Kokeen mukaan syrjälaminoitu liimapalkki on hieman (6%) jäykempi. Ennakkoarvion mukaan molempien palkkien olisi tullut olla yhtä jäykkiä (sillä ne oli valmistettu samasta raaka-aineesta).

Tampere, 25.3.2002

Tuomo Poutanen

dosentti

Liitteet:

Taipuma-tukireaktio-kuvaajat
Koetulokset
Kuvia

palkki nro	voima (kN)	max. taipuma (mm)	syrjä (mm)	lape (mm)	lujuus (MPa)	jäykkyys, H
H 1	7,0	36,0	44	160	27,03	7 569
H 2	10,5	50,7	43	162	40,47	8 110
H 3	10,2	47,4	44	160	39,39	9 045
H 4	9,0	42,7	44	161	34,33	8 696
H 5	9,3	46,9	44	160	35,92	8 469
H 6	11,0	53,3	44	160	42,48	8 537
H 7	9,5	49,2	44	161	36,23	8 154
H 8	9,5	48,6	44	160	36,69	8 347
H 9	7,7	45,1	44	160	29,74	7 458
H 10	11,1	52,4	44	160	42,87	8 652
H 11	7,4	39,7	44	160	28,58	8 141
keskiarvo	9,3	46,55			35,79	8 289
hajonta	1,35	5,33			5,46
ominaisarvo	7,07				24,32
omin-ääret	7,07				26,81
var.kerr	14 %	11 %			15 %

Taulukko 2 Lock-wood-palkkien koekuormitustulokset

koe nro	(tuki)voima (kN)	max. taip. (mm)	syrjä (mm)	lape (mm)	lujuus (MPa)	jäykkyys, E
L 1	6,9	41,3	41	157	29,70	8 100
L 2	6,0	34,5	40	160	25,49	8 126
L 3	8,2	41,5	40	163	33,56	8 763
L 4	12,6	51,9	40	160	53,53	10 903
L 5	9,3	42,4	42	164	35,81	8 848
L 6	9,5	47,7	40	160	40,36	9 346
L 7	5,3	30,2	41	162	21,43	7 650
L 8	6,5	38,3	40	164	26,28	7 620
L 9	7,0	39,1	40	164	28,30	8 219
L 10	9,8	48,9	40	164	39,62	8 596
L 11	12,5	54,0	40	164	50,54	12 056
L 12	6,9	39,5	40	164	27,90	7 468
keskiarvo	8,4	42,44			34,38	8 808
keskihajonta	2,41	7,04			10,03
ominaisarvo	4,40				13,31
Omin-ääret	4,41				17,87
Var.kerroin	29 %	17%			29 %