Magnus Bäckström

Analytical model of twist in Norway spruce (Picea abies) timber

Abstract This paper presents an analytical model for twist in timber. The model is based on calculating the twist in cylindrical shells and combining these shells to create timber studs. The shells will deform when the moisture content changes, owing to tangential shrinkage perpendicular to the fibre direction and longitudinal shrinkage parallel to the fibre direction. If the fibre direction is not parallel to the shell direction, this will cause twist in the shell. The twist in each shell contributes to the twist in the stud. The model has been used for a parametric study to determine theoretically the influence of parameters such as sawing pattern, stud size, spiral grain angle variation and tangential and longitudinal shrinkage. The model has also been used to predict the twist in 196 studs of Norway spruce timber. The model was able to predict 67% of the variation in twist among these studs.

Restraining moisture-related twist in timber structures

Timber changes its shape at varying moisture content levels. In most pieces of timber, this causes distortion, such as twist, spring, bow and cup. Twist is one of the most severe distortion modes and is reversible at varying moisture contents. Restraining a stud from twisting in built-in conditions results in additional forces in the structure. This paper presents a method for measuring the torsional moment while restraining the twist during drying in in-service conditions. The results include the development of torsional moment and the moisture content versus time, as well as the final torsional moment and the corresponding free twist. The magnitude of the torsional moment in studs results in forces affecting the surrounding structure which can then be restrained in an appropriate manner by fasteners. The development of torsional moment versus time demonstrates the importance of controlling the moisture content and the importance of a rapid building process when there is a risk of fast drying. The measured torsional moment was correlated to several measured material properties. However, a good correlation was only found between torsional moment and free twist. ZusammenfassungHolzfeuchteänderungen führen bei Holz zu Formänderungen wie zum Beispiel Verdrehung, Längs- und Querkrümmung sowie Schüsselung. Eine der schlimmsten Verformungen ist die Verdrehung, die bei wechselnder Holzfeuchte reversibel ist. Das Geradebiegen verdrehter Holzständer beim Einbau führt zu einer zusätzlichen Beanspruchung der Konstruktion. In diesem Manuskript wird eine Methode vorgestellt, zur Messung des Torsionsmoments infolge einer behinderten Verdrehung während der Trocknung unter Praxisbedingungen. Die Ergebnisse beinhalten den zeitlichen Verlauf des Torsionsmoments und der Holzfeuchte als auch das maximale Torsionsmoment und die entsprechende unbehinderte Verdrehung. Das Torsionsmoment in den Holzständern führt zu Kräften, die auf die umgebende Konstruktion wirken, und die dann in geeigneter Form über Verbindungsmitteln aufgenommen werden können. Der zeitliche Verlauf des Torsionsmoments zeigt, wie wichtig es ist, die Holzfeuchte zu kontrollieren und das Holz schnell zu verarbeiten, wenn eine schnelle Trocknung zu befürchten ist. Das gemessene Torsionsmoment wurde mit verschiedenen gemessenen Materialeigenschaften korreliert. Eine gute Korrelation ergab sich jedoch nur zwischen Torsionsmoment und unbehinderter Verdrehung.