Effect of chord splice joints on force distribution and deformations in trusses with punched metal plate fasteners

AbstractThe span of roof trusses with punched metal plate fasteners (nail plates) makes it often necessary to use splice joints in the top and bottom chords. In the finite element models used for design of the trusses these splice joints are normally assumed to be either rotationally stiff or pinned – their real behaviour is semi-rigid. The influence of splice joints on the distribution of member forces and rotations in the splice joints is investigated in this paper. A finite element program, TrussLab, where the splice joints are given semi-rigid properties, is used to analyse the effect of splice joints. Timber-to-timber contact and non-linear elastic behaviour are included in the model. Results from tests with joints under four-point bending are compared with predictions given by TrussLab, and a good agreement is found. Splice joints in trusses with nail plates may be assumed to be rotationally stiff if their deformation has no significant effect upon the distribution of member forces according to Eurocode 5. Two simple guidelines for the design and location of splice joints are given in Eurocode 5 for treating the splice joints as rotationally stiff. The reasonability of these guidelines and the influence of splice joints on section forces and displacements are discussed considering the results from finite element calculations for a fink truss. It seems that the guidelines for treating splice joints as rotationally stiff do not necessarily lead to more realistic truss models. ZusammenfassungJe nach Spannweite von Nagelplattenbindern sind oftmals Stoßverbindungen in den Ober- und Untergurten notwendig. In den für die Bemessung der Tragwerke angewandten Finite-Elemente-Berechnungen wird normalerweise unterstellt, dass diese Stoßverbindungen entweder rotationssteif oder vollgelenkig sind – in Wirklichkeit ist ihr Verhalten jedoch halbsteif. In dieser Studie wird der Einfluss von Stoßverbindungen auf die Verteilung von Stabkräften sowie die Verdrehung in den Verbindungen untersucht. Unter Verwendung des Finite-Elemente-Programms TrussLab wird der Einfluss von Stoßverbindungen unter Annahme halbsteifer Eigenschaften untersucht. Das Modell berücksichtigt Holz-Holz-Kontakt und nicht lineares elastisches Verhalten. Beim Vergleich der Ergebnisse aus 4-Punkt-Biegeversuchen mit den von TrussLab berechneten Ergebnissen ergab sich eine gute Übereinstimmung. Nach Eurocode 5 werden Stoßverbindungen in Tragwerken mit Nagelplatten als rotationssteif angenommen, wenn ihre Verformung keinen signifikanten Einfluss auf die Verteilung der Stabkräfte hat. Der Eurocode 5 enthält zwei einfache Anforderungen, unter denen die Stoßverbindungen als rotationssteif modelliert werden dürfen. Die Sinnhaftigkeit dieser Anforderungen und der Einfluss von Stoßverbindungen auf die Schnittkräfte und Verschiebungen werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Finite-Elemente-Berechnungen für einen einfachen Fachwerkträger behandelt. Es scheint, dass diese Anforderungen, unter denen die Stoßverbindungen als rotationssteif angenommen werden dürfen, nicht notwendigerweise zu realistischeren Tragwerksmodellen führen.