Finger joints in timber elements : history, technology, structural models

This thesis paper studies the stress behavior of a finger joint connection for glulam through finite element analysis. This type of joint allows us to go beyond the dimensional and performance limits of wood used in construction. Wood is an excellent construction material, has low specific weight and high mechanical strength but, being a natural material, it has dimensional limitations in both length and cross-section. Finger joints make it possible, by joining two strips of wood, through a gluing surface, to overcome these limitations. The objective of the paper is to analyze the mechanical behavior of the finger connection subjected to different stresses. The problem is approached through the finite element method, using Abaqus CAE computational software that allows a solution quickly and with a good level of approximation. The results are then validated by comparing the analytical solutions obtained from the application of specific beam theories and the numerical solutions for a homogeneous beam under conditions equal to the model equipped with the finger joint.

Questo elaborato di tesi studia in maniera scientifica il comportamento sotto sforzo di una connessione finger joint per il legno lamellare, attraverso l’analisi agli elementi finiti. Questo tipo di giunzione nasce dalla necessità di andare oltre i limiti dimensionali e prestazionali del legno impiegato nelle costruzioni. Il legno è un ottimo materiale da costruzione, ha basso peso specifico e un’alta resistenza meccanica ma, essendo un materiale naturale, presenta dei limiti dimensionali tanto in lunghezza quanto in sezione. Le giunzioni a dita permettono, unendo due lamelle di legno, attraverso una superficie di incollaggio, di superare questi limiti. L’obbiettivo del lavoro è quello di analizzare il comportamento meccanico della connessione a dita sottoposta a diverse sollecitazioni. Il problema viene affrontato attraverso il metodo degli elementi finiti, utilizzando il software di calcolo Abaqus CAE che consente una soluzione in tempi rapidi e con un buon livello di approssimazione. I risultati vengono poi validati mettendo a confronto le soluzioni analitiche ottenute dall’applicazione di specifiche teorie delle travi e le soluzioni numeriche per una trave omogenea in condizioni pari al modello dotato di giunzione a dita.