Bending analysis of cross-laminated-timber (CLT) panels using layered finite elements

Abstract

Cross-laminated timber panels are composite wood products with an increasing application in civil engineering. The low environmental impact and high mechanical performance encourage the use of CLT in modern buildings instead of traditional mineral-based building materials. The complex CLT-specific material characteristics, characterized by the high shear deformations across the plate thickness, complicate an accurate kinematic description of CLT. The traditional computational models used in standards for design of timber structures are generally based on beam theories, limiting the design approaches to slender panels. Therefore, the application of complex numerical models is required for a more intensive use of CLT. In the paper, the full layerwise theory of Reddy served as a basis for the formulation of layered quadrilateral finite elements for the analysis of CLT panels. Original procedure for post-processing of stresses is presented. The model is validated against the numerical and experimental data in the literature. Excellent agreement is achieved.

Панели од унакрсно ламелираног дрвета (CLT) су композитни производи чија примена у грађеви-нарству је све већа. Мали утицај на животну средину и добре механичке карактеристике доводе до примене CLT панела у модерним зградама, уместо традиционалних (минералних) грађевинских материјала. Сложене материјалне карактеристике специфичне за CLT, које одликују високе смичу-ће деформације по дебљини панела, компликују прецизно описивање кинематике CLT панела. Tрадиционални прорачунски модели, примењени у стандардима за прорачун дрвених конструкција, генерално се заснивају на теоријама греде и ограничени су на танке панеле. Са тим у складу, примена сложених нумеричких модела неопходна је за повећану примену CLT панела. У овом раду, Reddy-ева слојевита теорија плоча била је основ за формулисање слојевитих четвороугаоних коначних елемената за анализу CLT панела. Дата је оригинална процедура за прорачун напона. Прецизност модела је потврђена поређењем са нумеричким и експерименталним подацима из литературе, и добијено је одлично поклапање резултата.