Çapraz lamine ahşap levhaların teknolojik özellikleri ve sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Technological properties of cross laminated timber boards and analysis by finite element method
Yazar: RAMAZAN BÜLBÜL
Danışman: PROF. DR. HAKAN KESKİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products

Özet:
Bu çalışmada, sarıçam (Pinus sylvestris L.) uludağ göknarı (Abies bornmülleriana Mattf.) ve meşe (Quercus petreae L.) odunlarından elde edilen 17 mm kalınlığa sahip katman kalınlıkları ile 3 katmanlı ve 5 katmanlı çapraz lamine ahşap levhalar (CLT) üretilmiştir. Dış katmanlarda sarıçam ve meşe, ara katmanlarda ise sarıçam ve göknar odunları kullanılmıştır. Yan yana ekleme presinde katmanların oluşumu aşamasında ve katmanların 900 üst üste sıkılarak CLT levha oluşumu aşamasında PVAc ve poliüretan (PÜR) tutkalları kullanılmıştır. Ayrıca yalıtım özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla 3 katmanlı CLT levhaların ara katmanına (2.katman) ve 5 katmanlı CLT levhaların 2. ve 4. ara katmanlarına %10 ve  %20 perforasyon uygulanmıştır. Sarıçam, göknar ve meşe odunları ile oluşturulan CLT levhaların 20℃ sıcaklık ve %65 bağıl nem şartlarında kondisyonlandıktan sonra yoğunluk, tam kuru yoğunluk, denge rutubeti değeri, tutkal hattına dik eğilme mukavemeti, tutkal hattına paralel eğilme mukavemeti, tutkal hattına dik eğilmede elastikiyet modülü,  tutkal hattına paralel eğilmede elastikiyet modülü, ısı yalıtım testi, ısı geçirgenlik testi, ses yutum testi değerleri tespit edilmiştir. Sonuç olarak, 3 ve 5 katmanlı olarak üretilen çapraz lamine ahşap levhalardan elde edilen örnekler kiriş olarak kullanılması durumunda; 5 katmanlı olarak üretilen CLT'lerin dış katmanı ve ara katmanı sarıçam olan kirişleri tutkal hattına parelel, 3 katmanlı poliüretan tutkalı ile üretilen CLT levhalardan tutkal hattına dik yada 3 katmanlı PVAc tutkalı ile üretilen CLT levhalardan tutkal hattına parelel uygulanmalıdır. Isı yalıtımının önemli olduğu durumlarda taşıyıcı olmayan kısımlarında %20 perfore uygulanmış ara katmanı göknar olan 3 katmanlılardan sarıçam-göknar-sarıçam (SGS) ve beş katmanlılardan meşe-göknar-göknar-göknar-meşe (MGGGM) CLT levhalar kullanılmalıdır. CLT levhaların 500-800 Hz frekans seviyelerinde ses yutma katsayıları daha yüksek bulunmuştur, ara katmanlara uygulanan perforasyon işlemlerinin CLT levhaların ses yutma katsayılarında artış sağladığı tespit edilmiştir. Ses yutma ve ısı iletim katsayılarının artış sağlanabilmesi için daha düşük yoğunluklu malzemelerin tercih edilmesi ile birlikte ara katmanlara uygulanacak perforasyon işlemlerinin de %20'den fazla olması önerilmektedir. Sonlu elemanlar analizi (ANSYS) ile dijital olarak da incelenmiş, elde edilen sonuçların deney sonuçları ile kabul edilebilir hata payı çerçevesinde örtüşmektedir.  Bu durum sonraki benzer çalışmalarda referans olarak kullanılmasına imkan tanımaktadır.

Abstract:
In this study, 3-layer and 5-layer cross-laminated timber boards (CLT) were produced with layer thicknesses of 17 mm obtained from yellow pine (Pinus sylvestris L.), Uludag fir (Abies bornmülleriana Mattf.) and oak (Quercus petreae L.) woods. Yellow pine and oak woods were used in the outer layers and yellow pine and fir woods were used in the intermediate layers. PVAc and polyurethane (PUR) glues were used during the formation of the layers in the side-by-side splicing press and during the formation of CLT boards by pressing the layers 900 on top of each other. In addition, 10% and 20% perforation was applied to the interlayer (2nd layer) of 3-layer CLT boards and to the 2nd and 4th interlayers of 5-layer CLT boards to improve the insulation properties. Density, full dry density, equilibrium moisture content, flexural strength perpendicular to the glue line, flexural strength parallel to the glue line, modulus of elasticity in bending perpendicular to the glue line, modulus of elasticity in bending parallel to the glue line, modulus of elasticity in bending parallel to the glue line, thermal insulation test, heat permeability test, sound absorption test values were determined after the CLT boards formed with yellow pine, fir and oak woods were conditioned under 20℃ temperature and 65% relative humidity conditions. As a result, if samples obtained from 3- and 5-layer cross-laminated timber boards are used as beams, the outer layer and interlayer of 5-layer CLTs with yellow pine should be applied parallel to the glue line, perpendicular to the glue line from CLT boards produced with 3-layer polyurethane glue or parallel to the glue line from CLT boards produced with 3-layer PVAc glue. In cases where thermal insulation is important, 3-layer yellow pine-fir-yellow pine (SGS) and five-layer oak-fir-fir-fir-fir-fir-fir-oak (MGGGM) CLT boards with 20% perforation applied on the non-bearing parts and fir interlayer should be used. The sound absorption coefficients of CLT boards were found to be higher at frequency levels of 500-800 Hz, and perforation processes applied to the intermediate layers were found to increase the sound absorption coefficients of CLT boards. In order to increase the sound absorption and heat transmission coefficients, it is recommended that lower density materials should be preferred and the perforation processes to be applied to the interlayer should be more than 20%. The results were also digitally analyzed by finite element analysis (ANSYS), and the results obtained coincide with the experimental results within the acceptable margin of error.  This allows it to be used as a reference for future similar studies.