RelyConnect - Tillförlitliga och högpresterande träkonstruktioner med moderna förband

Forskningsprojekt, 2024 – 2026

Byggnads- och konstruktionssektorn står för en stor del av den globala ekonomin, men står också för ca 37 % av de globala koldioxidutsläppen. Att bygga med trä är en av de viktigaste åtgärderna för att skapa mer hållbara byggda miljöer genom att omvandla byggnadsbestånd till kolförråd. Det finns en stor potential för användning av trä i inte bara enkla och små strukturer utan även i mycket komplexa strukturer, som i dag ofta tillverkas av mindre hållbara material som stål och betong. Det finns faktiskt ett ökande antal sådana moderna och komplexa träkonstruktioner. Några exempel är höga träbyggnader, stora nätstrukturer av trä eller högpresterande industriella tillämpningar som vindkraftverkstorn av trä.Anslutningar är avgörande för att bygga dessa större träkonstruktioner. Alla träkonstruktioner måste sättas samman av enskilda element vars dimensioner är begränsade på grund av trädens naturliga tillväxt och begränsningarna i fråga om produktion och transport. Anslutningarnas egenskaper och strukturella beteende, dvs. hållfasthet, styvhet och duktilitet, är avgörande för hela träkonstruktionens strukturella beteende, effektivitet och säkerhet. Detta blir ännu viktigare, särskilt för moderna och komplexa träkonstruktioner som måste konstrueras med högpresterande anslutningar, t.ex. moderna självgängande skruvar.I dag är de befintliga konstruktionsmetoderna för anslutningar förenklade och baserade på traditionella, lågpresterande anslutningar, t.ex. enkla spikar eller bultar, som vanligtvis används i små konstruktioner, t.ex. enskilda bostadshus. De förenklade, linjäriserade metoderna är inte lämpliga för att åstadkomma tillförlitliga och effektiva moderna och komplexa träkonstruktioner med högpresterande anslutningar med ett tydligt icke-linjärt beteende. Det är t.ex. inte möjligt att utnyttja duktiliteten hos anslutningarna för en effektivare konstruktion. Interaktionen och systembeteendet hos träelementen och anslutningarna i komplexa träkonstruktioner beaktas inte vid utvärderingen av konstruktionernas tillförlitlighet. Istället görs för närvarande en verifiering element för element som i enkelt stödda (strukturellt bestämda) konstruktioner.Denna brist på kunskap och förenklade konstruktion hindrar en bredare användning av trä som modernt konstruktionsmaterial och är ansvarig för mindre effektiva och mindre säkra konstruktioner, vilket återspeglas i återkommande fel och skador som vi ser i praktiken.Det övergripande målet med forskningsprojektet är att utveckla nya metoder och kunskaper om systembeteendet hos moderna, komplexa träkonstruktioner som består av träelement och högpresterande anslutningar. Det specifika målet är att förstå hur det icke-linjära beteendet hos högpresterande skruvförband mellan enskilda träelement påverkar tillförlitligheten och effektiviteten hos hela systemen i moderna, komplexa träkonstruktioner och att ta fram metoder och rekommendationer för hur man kan ta hänsyn till detta i konstruktionen.I projektet följer vi en strategi på flera nivåer i samarbete mellan Sverige och Schweiz. Vi kvantifierar träförbindelsernas grundläggande egenskaper och deras variabilitet genom systematiska experiment på olika konfigurationer av en- och flerskruvförband. Avancerade numeriska modeller utvecklas för att simulera det icke-linjära beteendet hos enstaka skruvförband och anslutningar med flera fästelement. Det resulterande strukturella beteendet hos komponenter utvärderas i modeller och valideras genom utvalda fullskaleexperiment. Resultaten används för avancerad tillförlitlighetsanalys av stora system av träkonstruktioner. Målet är att kvantifiera inverkan på tillförlitligheten hos dessa konstruktioner i praktiken för att övervinna de förenklingar som antas i dagens praxis. Slutligen härleds konstruktionsrekommendationer och vägledning från dessa analyser om hur man kan ta hänsyn till systembeteendet hos moderna, komplexa träkonstruktioner med element och anslutningar.Resultaten kommer att göra det möjligt för