Bout- en gladde deuvel-verbindingen

Op een lagere schaal t.o.v. de momentstijve knopen, werden in het HoP_HoVer-project ook individuele verbindingsmiddelen getest:

• Zgn. embedment-testen, waarbij de stuiksterkte en -stijfheid van het hout onderzocht werden, zowel loodrecht op als evenwijdig met de vezelrichting van het hout.

• Afschuifproeven, waarbij een enkel verbindingsmiddel in een slotted-in staalplaat werd ingebracht, om vervolgens op afschuiving getest te worden.

Bij het laatstgenoemde type proeven werden verschillende parameters gevarieerd:

• De belastingsrichting: 0°, 45° en 90° t.o.v. de vezelrichting van het hout; trek vs. druk;

• Het type verbindingsmiddel: draadstangen, gladde deuvels met draadeinden en zelfborende deuvels;

• Het type metalen plaat in het geval van zelfborende deuvels: aluminium vs. staal;

• De wijze van bevestigen: met of zonder sluitringen en moeren;

• De speling van het boorgat.

De belangrijkste lessons learned zijn:

• Bij de embedment-testen: het gedrag in het elastisch gebied tussen een belastingsrichting parallel en loodrecht t.o.v. de vezel is zeer gelijkaardig, waarbij loodrecht t.o.v. de vezel ca. 50% minder stijf reageert. Dit lijkt overeen te komen met de stijfheid van verbindingen in de vernieuwde Eurocode 5, die onder een loodrechte hoek 50% lager moet worden beschouwd. 

• Echter, eenmaal voorbij het yield point en in de plastische zone, differentiëren beide richtingen zich zeer sterk. Waar het krachtenverloop evenwijdig aan de vezelrichting plafonneert en vervolgens zelfs afneemt, blijft de stuikweerstand loodrecht t.o.v. de vezelrichting toenemen bij een toenemende vervorming. Dit kan volledig gekoppeld worden aan het fysische faalgedrag waarbij de vezels loodrecht samengedrukt worden en zo meer weerstand gaan bieden. 

• Bij afschuifproeven op een individueel verbindingsmiddel (met een slotted-in staalplaat), blijkt de stijfheid van de loodrechte verbindingen geen 50% lager te liggen. Er spelen dus nog andere aspecten mee in het gedrag t.o.v. de embedment-testen.

• De stijfheid bij zelfborende deuvels (die niet door de Eurocode 5 beschreven wordt) kan - althans voor de geteste verbindingsmiddelen - benaderd worden met de Eurocode 5-vergelijking voor schroeven. De stijfheid bij een belasting loodrecht op de vezelrichting ligt eveneens geen 50% lager t.o.v. de stijfheid evenwijdig met de vezelrichting.

• Trek versus druk speelt een zeer grote rol in het faalgedrag van verbindingen: falen onder druk wordt gestuurd door embedment van het hout en vloeien van het verbindingsmiddel. Falen onder trek daarentegen wordt sterk gestuurd door splijten van het hout. Hoewel het gedrag voorafgaand aan het moment van falen zeer gelijkaardig is, zal de verbinding onder trek aanzienlijk eerder falen. Dit effect komt in het bijzonder tot uiting bij trek loodrecht t.o.v. de vezelrichting, waar splijten plaatsvindt bij een belasting die aanzienlijk lager ligt dan de totale trekweerstand van de houtmassa. Dit is zeer waarschijnlijk een gevolg van lokale effecten die tot progressief falen leiden: een wigwerking door het vervormen van het verbindingsmiddel.

• Gladde deuvels blijken over de hele lijn beter te presteren dan draadstang van eenzelfde diameter en sterkteklasse, zowel wat betreft stijfheid als sterkte. Effecten zoals de ruwheid van de draadstang (lokale indrukking in het hout), en de grotere spanningsdoorsnede van de deuvel, spelen hier een rol.

• Opmerkelijk blijkt de afwezigheid van moeren op de uiteinden van de draadstang een positief effect te hebben op de ductiliteit en finale sterkte. Als verklaring wordt gehypothetiseerd dat de afwezigheid van moeren, een grotere vervorming (slip) in de draadstang toelaat, met als gevolg minder spanningen in het hout die tot voortijdig splijten leiden. Dit gaat volgens de eerste inzichten enkel op voor verbindingen die uit zichzelf al ductiel zijn (faalmodus (h) volgens de huidige Eurocode 5).

• De allerbelangrijkste conclusie betreft het initiële kracht-vervormingsgedrag van de onderzochte verbindingen. Door het uitvoeren van testen met zowel een druk- als een trekcomponent kon het gedrag over de omschakeling van de kracht heen bestudeerd worden. De impact van de initiële slip in het volledige gedrag van de verbinding is een niet te verwaarlozen aspect: gaande van ca. 50% tot meer dan 100% van de volledige elastische vervorming. Dit noopt tot zeer grote voorzichtigheid wanneer de stijfheid van de verbinding een grote impact heeft op het gedrag van een constructie. Mogelijke maatregelen betreffen: het gebruik van andere verbindingsmiddelen (zoals schroeven of zelfborende deuvels), aanwenden van permanente belastingen om de initiële slip op te nemen (wisselen van de belastingsrichting uitsluiten), ...