14.2.4 Fläkning

Trämaterial har på grund av sin struktur mycket olika hållfasthet i olika riktningar. Hållfastheten vinkelrätt mot fiberriktningen är i storleksordningen en hundradel av hållfastheten i fiberriktningen. Utöver stor hållfasthetsskillnad så sker brotten också på mycket olika sätt. Vid dragbelastning är brottet i allmänhet sprött eller mycket sprött, medan tryckbelastning förorsakar segt brott, ibland så segt att deformation används som brottkriterium.

Eftersom trämaterialet är svagast i dragning vinkelrätt mot fiberriktningen bör sådan belastning i allmänhet undvikas. Figurerna nedan visar några situationer där dragning vinkelrätt mot fiberriktningen uppstår. En situation där det finns uppenbar risk för fläkning är när ett fästdon förorsakar dragning vinkelrätt mot fiberriktningen som visas i figur 14.5.

Spröd fläkning kan också uppstå i momentbelastade förband, där en kraft i ett enskilt fästdon har en komponent vinkelrätt mot fiberriktningen. Också vid ren dragbelastning kan det finnas risk för fläkning, om fästdonets styvhet är olämplig i förhållande till virkestjocklek och ändavståndet, se figur 14.6.

Fläkningsrisken bör alltid kontrolleras vid belastning vinkelrätt mot fiberriktningen.

Följande villkor bör uppfyllas, se Eurokod 5, avsnitt 8.1.4, och med hänvisning till figur 14.7:

14.2     \({F_{\rm v,Ed}} \le {F_{\rm 90,Rd}}\quad {\rm{där}}\quad {F_{\rm v,Ed}} = \max \left\{ \begin{array}{l} {F_{\rm v,Ed,1}}\\ {F_{\rm v,Ed,2}} \end{array} \right.\)

där:

Fv,Ed	är dimensioneringsvärdet för tvärkraften på någondera sidan av förbandet, se figur 14.7.
F90,Rd	är dimensioneringsvärdet för bärförmågan, beräknat utgående från det karakteristiska värdet F90,Rk.

 

14.3    \({F_{\rm 90,Rk}} = 14b\sqrt {\frac{{{h_\rm e}}}{{\left( {1 - \frac{{{h_\rm e}}}{h}} \right)}}} \)

där:

F90,Rk	är den karakteristiska bärförmågan [N].
he	är avståndet från den belastade kanten till centrum av det enskilda fästdon som är längst bort från denna kant [mm].
h	är trädelens höjd [mm].
b	är trädelens bredd [mm].

Ovanstående förfarande som presenteras i Eurokod 5 beaktar inte eventuell inverkan av flera dymlingar längs fiberriktningen på den virkesdel som är belastad vinkelrätt mot fiberriktningen. Ett alternativt förfarande presenteras i det tyska nationella annexet till Eurokod 5 för alla de förband som inte ingår i figur 14.7, som till exempel förband där fästdonen bildar flera rader längs fiberriktningen i den virkesdel som belastas vinkelrätt mot fiberriktningen. Förfarandet är följande, med hänvisning till figur 14.8:

För virkesdelar med rektangulära tvärsnitt belastade i vinkeln α mot fiberriktningen, se figur 14.8, sidan 203, beräknas dragspänningarna vinkelrätt mot fiberriktningen förorsakade av dragkraftens motsvarande komponent F_v,Ed = F_Ed ∙ sin α enligt följande:

1. För förband med h_e ⁄ h > 0,7, se figur 14.8, behövs ingen ytterligare verifiering. Förband med h_e ⁄ h < 0,2 bör enbart belastas kortvarigt, som till exempel av vindens sugkraft.
2. För förband med h_e ⁄ h ≤ 0,7, bör följande villkor uppfyllas:

14.4    \({F_{\rm v,Ed}}/{F_{\rm 90,Rd}} \le 1,0\)

där:

14.5    \({F_{\rm 90,Rd}} = {k_\rm s} \cdot {k_\rm r} \cdot \left( {6,5 + 18 \cdot {h_\rm e}^2/{h^2}} \right) \cdot {\left( {{t_{\rm ef}} \cdot h} \right)^{0,8}} \cdot {f_{\rm t,90,d}}\)

där:

14.6    \({k_\rm s} = {\rm max}\left\{ {1;\;0,7 + 1,4 \cdot {a_\rm r}/h} \right\}\)

och:

14.7    \({k_\rm r} = \frac{n}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {\frac{{{h_1}}}{{{h_\rm i}}}} \right)}^2}} }}\)

 

Fv,Ed	är dimensioneringsvärdet för kraftkomponenten vinkelrätt fibrerna [N].
F90,Rd	är dimensioneringsvärdet för bärförmågan vid fläkning [N].
ft,90,d	är dimensioneringsvärdet för draghållfasthet vinkelrätt fibrerna [MPa].
ks	är en faktor som beaktar avståndet mellan fästdonen i samma rad parallellt fibrerna.
kr	är en faktor som beaktar antalet rader med fästdon, för inlimmade skruvar är kr = h ⁄ (h - he).
he	är avståndet från den belastade kanten till fästdonet längst bort från denna kant; för inlimmade skruvar är he projektionslängden lad · sin α [mm].
ar	är avståndet mellan de två yttersta fästdonen i samma rad parallellt fibrerna, avståndet mellan de övriga fästdonen i samma rad bör inte vara större än 0,5 ∙ h när virkesstycket dragbelastas vinkelrätt fibrerna [mm].
h	är balkens höjd [mm].
tef	är det effektiva inträngningsdjupet, se definition nedan [mm].
n	är antalet rader med fästdon.
hi	är avståndet från den obelastade kanten till raden med fästdon [mm].

 

3. För förband med en sträva i mitten eller på var sin sida om virkesdelen gäller följande:

tef = min{b; 2 ∙ tpen; 24 ∙ d}	för spikade förband eller träskruvs- förband antingen med trä mot trä eller med skiva mot trä.
tef = min{b; 2 ∙ tpen; 30 ∙ d}	för spikade förband med stål mot trä.
tef = min{b; 2 ∙ tpen; 12 ∙ d}	för dymlade eller skruvade förband
tef = min{b; 100 mm}	för förband med slitsade ringbrickor, skjuvbrickor eller tandbrickor.
tef = min{b; 6 ∙ d}	för förband med inlimmade skruvar.

där:

b	är balkens bredd [mm].
d	är fästdonets diameter [mm].
tpen	är fästdonets inträngningsdjup [mm].

 

4. För förband med en sträva på ena sidan om virkesdelen gäller följande:

 

tef = min{b; tpen; 12 ∙ d}	för spikade förband eller träskruvsförband antingen med trä mot trä eller med skiva mot trä.
tef = min{b; tpen; 15 ∙ d}	för spikade förband med stål mot trä.
tef = min{b; tpen; 6 ∙ d}	för dymlade eller skruvade förband.
tef = min{b; 50 mm}	för förband med slitsade ringbrickor, skjuvbrickor eller tandbrickor.

 

5. För virkesdelar med fler än en grupp med fästdon kan bärförmågan vid fläkning bestämmas enligt ekvation 14.4, förutsatt att det fria avståndet längs fiberriktningen mellan fästdonsgrupperna är större än 2 ∙ h.
6. Om det fria avståndet längs fiberriktningen mellan fästdonsgrupperna är mindre än 0,5 ∙ h, bör grupperna betraktas som en fästdonsgrupp.
7. Om det fria avståndet längs fiberriktningen mellan fästdonsgrupperna är större än 0,5 ∙ h men mindre än 2 ∙ h, bör den enligt ekvation 14.4, bestämda bärförmågan reduceras med faktorn k_g:

14.8    \({k_\rm g} = {l_\rm g}/\left( {4 \cdot h} \right) + 0,5\)

där l_g är det fria avståndet längs fiberriktningen mellan de två fästdonsgrupperna.

Rekommendationer för förstärkning

8. Förband med a_r ⁄ h > 1,0 och F_v,Ed > 0,5 ∙ F_90,Rd bör förstärkas.
9. När det finns flera än två fästdonsgrupper inom sträckan l_g ≤ 2 ∙ h och dimensioneringsvärdet för kraftkomponenten vinkelrätt mot fiberriktningen, F_v,Ed, är större än hälften av virkesdelens bärförmåga, F_90,Rd, reducerad med faktor k_g, bör en sådan kraftkomponent överföras med hjälp av förstärkning.
10. Förband där avståndet till den fria änden av en utkragande del är mindre än balkhöjden h, om F_v,Ed > 0,5 ∙ F_90,Rd, bör också förstärkas.

Det bör påpekas att det också i mycket enkla förband finns risk för fläkning om förbandet är belastat med samtidigt verkande normalkraft, tvärkraft och moment. För att dimensionera ett sådant enkelt förband ska för varje enskilt fästdon beräknas ett separat värde för bärförmågan, eftersom belastningens riktning i förhållande till fiberriktningen är individuell för varje fästdon. Belastningens riktning bestämmer vilket värde för hålkanthållfastheten som ska användas i ekvationerna, se Eurokod 5, avsnitt 8.5.1. De angivna värdena beaktar ändå inte risken för fläkning. Det är därför inte uppenbart hur denna risk bör utvärderas i momentbelastade förband med flera dymlingar. En möjlighet kan vara att använda de ovanstående ekvationerna för var och en av dymlingarna i förbandet.

 

Figur 14.5 Dragning vinkelrätt mot fiberriktningen kan förorsaka fläkning i trämaterialet.

Figur 14.6 a) Momentbelastning som förorsakar dragning vinkelrätt mot fiberriktning.
b) Dragbelastat förband där det finns risk för fläkning förorsakad av olämplig utformning.

 

Figur 14.7 Fläkning förorsakad av belastning i vinkel med fiberriktningen.

 

Figur 14.8 Beteckningar som används vid dimensionering mot fläkning.

 

Universeum, Göteborg.