Author

Jun En, Lim ; Mohd Snin, Mohd Amirul Bin ; Fatimah Ghazali, Siti Nur ; Ikmal Zainal, Mohamad ; Suryavarman, R.

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Editor

Universidad de Montevideo

Notas

This study investigates the behaviour of screw connections in timber-concrete composite (TCC) structures using two-dimensional finite element modelling with LUSAS software. The research focuses on the shear force capacity and stiffness of screws arranged in a parallel 90-degree formation within a double shear test configuration. A comprehensive review of the literature provided the necessary data on embedment strengths of screws in timber and concrete. Finite element simulations of TCC structures were conducted and validated against previous experimental findings. The analysis examined how variations in screw diameter, depth, and timber density impact connection performance. Results indicate that a 10 mm diameter screw with a 100 mm embedment depth and timber density of 476 kg/m³ achieves a shear force capacity of 11.80 kN, a maximum displacement of 16.48 mm, and a stiffness of 701 N/mm. Reducing the screw diameter to 8 mm and 6 mm results in lower shear capacities of 9.45 kN and 7.07 kN, with corresponding stiffness of 574 N/mm and 438 N/mm. Similarly, decreasing the screw depth to 80 mm and 60 mm reduces shear capacities to 9.34 kN and 7.01 kN, with stiffness of 572 N/mm and 437 N/mm, respectively. Increasing the timber density to 600 kg/m³ improves the shear force capacity to 14.70 kN and the stiffness to 980 N/mm. The findings demonstrate that larger screw diameters, greater embedment depths, and higher timber densities significantly enhance the shear force capacity and stiffness of screw connections in TCC structures. The main finding of this research is the identification of the failure mode of screw connections, which is influenced by the properties of the timber, concrete, and screw. When the concrete strength surpasses the timber strength, failure occurs due to timber crushing, while screw deformation and timber crushing are expected when interaction stresses exceed the yield stress in the timber-screw interface. This study provides critical insights for optimizing screw connections in TCC designs and contributes to the development of more effective design codes for timber-concrete composites.

Este estudio investiga el comportamiento de las conexiones por tornillos en estructuras compuestas de madera y concreto (TCC) utilizando modelado de elementos finitos bidimensionales con el software LUSAS. La investigación se centra en la capacidad de fuerza de corte y rigidez de los tornillos dispuestos en una formación paralela de 90 grados dentro de una configuración de prueba de corte doble. Una revisión exhaustiva de la literatura proporcionó los datos necesarios sobre las resistencias de incrustación de los tornillos en madera y concreto. Se realizaron simulaciones de elementos finitos de estructuras TCC, las cuales fueron validadas con base en hallazgos experimentales previos. El análisis examinó cómo las variaciones en el diámetro del tornillo, la profundidad y la densidad de la madera afectan el rendimiento de la conexión. Los resultados indican que un tornillo de 10 mm de diámetro con una profundidad de incrustación de 100 mm y densidad de madera de 476 kg/m³ alcanza una capacidad de fuerza de corte de 11,80 kN, un desplazamiento máximo de 16,48 mm y una rigidez de 701 N/mm. La reducción del diámetro del tornillo a 8 mm y 6 mm da lugar a capacidades de corte más bajas de 9,45 kN y 7,07 kN, con una rigidez correspondiente de 574 N/mm y 438 N/mm. De manera similar, la reducción de la profundidad del tornillo a 80 mm y 60 mm reduce las capacidades de corte a 9,34 kN y 7,01 kN, con rigidez de 572 N/mm y 437 N/mm, respectivamente. El aumento de la densidad de la madera a 600 kg/m³ mejora la capacidad de fuerza de corte a 14,70 kN y la rigidez a 980 N/mm. Los hallazgos demuestran que diámetros de tornillos más grandes, mayores profundidades de incrustación y mayores densidades de madera mejoran significativamente la capacidad de fuerza de corte y la rigidez de las conexiones por tornillos en estructuras TCC. El principal hallazgo de esta investigación es la identificación del modo de fallo de las conexiones por tornillos, que está influenciado por las propiedades de la madera, el concreto y el tornillo. Cuando la resistencia del concreto supera la resistencia de la madera, la falla ocurre debido al aplastamiento de la madera, mientras que se espera la deformación del tornillo y el aplastamiento de la madera cuando las tensiones de interacción superan la tensión de fluencia en la interfaz madera-tornillo. Este estudio proporciona información crucial para optimizar las conexiones por tornillos en el diseño de TCC y contribuye al desarrollo de códigos de diseño más efectivos para compuestos de madera y concreto.

Este estudo investiga o comportamento das conexões por parafusos em estruturas compostas de madeira e concreto (TCC) utilizando modelagem de elementos finitos bidimensionais com o software LUSAS. A pesquisa foca na capacidade de força de cisalhamento e rigidez dos parafusos dispostos em uma formação paralela de 90 graus dentro de uma configuração de teste de cisalhamento duplo. Uma revisão abrangente da literatura forneceu os dados necessários sobre as resistências de incrustação de parafusos em madeira e concreto. Simulações de elementos finitos de estruturas TCC foram conduzidas e validadas com base em resultados experimentais anteriores. A análise examinou como variações no diâmetro do parafuso, profundidade e densidade da madeira impactam o desempenho das conexões. Os resultados indicam que um parafuso de 10 mm de diâmetro com 100 mm de profundidade de incrustação e densidade de madeira de 476 kg/m³ atinge uma capacidade de força de cisalhamento de 11,80 kN, um deslocamento máximo de 16,48 mm e uma rigidez de 701 N/mm. A redução do diâmetro do parafuso para 8 mm e 6 mm resulta em capacidades de cisalhamento mais baixas de 9,45 kN e 7,07 kN, com rigidez correspondente de 574 N/mm e 438 N/mm. Da mesma forma, a diminuição da profundidade do parafuso para 80 mm e 60 mm reduz as capacidades de cisalhamento para 9,34 kN e 7,01 kN, com rigidez de 572 N/mm e 437 N/mm, respectivamente. Aumento da densidade da madeira para 600 kg/m³ melhora a capacidade de força de cisalhamento para 14,70 kN e a rigidez para 980 N/mm. Os resultados demonstram que diâmetros maiores de parafusos, maiores profundidades de incrustação e maiores densidades de madeira aumentam significativamente a capacidade de força de cisalhamento e a rigidez das conexões por parafusos em estruturas TCC. A principal conclusão desta pesquisa é a identificação do modo de falha das conexões por parafusos, que é influenciado pelas propriedades da madeira, do concreto e do parafuso. Quando a resistência do concreto supera a resistência da madeira, ocorre falha devido ao esmagamento da madeira, enquanto a deformação do parafuso e o esmagamento da madeira são esperados quando as tensões de interação excedem a tensão de escoamento na interface madeira-parafuso. Este estudo fornece informações críticas para otimizar as conexões por parafusos no design de TCC e contribui para o desenvolvimento de códigos de projeto mais eficazes para compostos de madeira e concreto.

Palabras claves

Estructuras de Madera Compuestos de Madera y Concreto Conexiones

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• Memoria Investigaciones en Ingeniería [266]