木結構釘連接力學性能研究.pdf

1、節(jié)點是結構得以連貫的依據(jù)，任何結構的結點必須能夠把所受荷載從一個構件傳遞到另一個，直至傳到基礎，在輕型木結構中所受荷載通過數(shù)以百計的構件和數(shù)以千計的釘節(jié)點來傳遞，因此明確構件材料的釘連接性能是其應用于現(xiàn)代木結構中重要的一步。
　　結合現(xiàn)代木結構國產(chǎn)化的趨勢，本文采用國產(chǎn)人工林杉木規(guī)格材以及國內(nèi)市場上常見的普通圓鋼釘，依據(jù)ASTM D5764等標準對杉木試件進行了釘連接性能研究。測試了杉木規(guī)格材握釘力強度，比較了設計值與實驗值之間的

2、差距，分析了密度、釘徑、紋理方向、放置時間和放置環(huán)境對握釘力強度的影響作用；測試了杉木規(guī)格材釘槽承壓強度，分析了破壞模式并研究了試件密度、釘直徑、紋理方向等因素對強度、剛度的影響，采用彈性地基梁理論中Foschi的指數(shù)函數(shù)模型對杉木釘槽承壓時的基體特性進行了理論分析；對所用國產(chǎn)圓鋼釘進行了屈服強度測試，明確了幾種國內(nèi)常用圓鋼釘?shù)那姸鹊刃再|(zhì)，對釘節(jié)點的單剪承載力進行了測試，研究了節(jié)點的破壞模式，比較了設計值與實驗值之間的差異，分析了釘

3、頭效應、構件表面摩擦力等因素對承載特性的影響。論文的主要結果如下：
　?。?）杉木握釘力值高于國外相關規(guī)范設計值，滿足使用要求，其中密度是影響握釘力最重要的因素，對實驗握釘力值進行回歸分析表明其密度指數(shù)常數(shù)值為1.784，低于國外設計公式所采用的2.5。
　?。?）握釘力強度與釘直徑成正比，但當釘直徑大于3.5mm時易產(chǎn)生開裂；端面握釘力變異系數(shù)為17.3-24.4，縱面為11.4-19.3，端面強度變異性大于縱面，握釘力變

4、異范圍與試件密度并無相關性，杉木端縱面握釘力強度比為0.6-0.8，釘直徑對端縱比并無顯著性影響。
　?。?）釘節(jié)點制作完成后，放置時間及放置環(huán)境對握釘力強度有降低的作用，自然條件下放置一周后握釘力強度下降29％，與放置時間相比放置環(huán)境溫濕度變化所造起的握釘力下降現(xiàn)象更為明顯。
　?。?）杉木釘槽承壓實驗采用半孔承壓法較為合適，順紋加載時釘槽承壓有釘槽壓潰和試件劈裂兩種破壞模式，橫紋有釘槽壓潰和翹曲兩種破壞模式，杉木釘槽承壓

5、以釘槽壓潰的延性破壞模式為主；落葉松以劈裂、翹裂的脆性破壞模式為主。
　　（5）荷載方向?qū)︶敳鄢袎簭姸扔忻黠@的影響，順紋加載時極限釘槽承壓強度、5%直徑偏移強度以及剛度為橫紋加載時的2倍；方差分析表明橫紋順紋加載時釘直徑對釘槽承壓強度均無顯著性影響，但對剛度有顯著性影響。
　?。?）密度與釘槽承壓強度、剛度有著正相關的關系，比較實驗值與我國設計值表明我國釘槽強度設計值偏低，與實際相差較大；比較實驗測試值與北美木結構設計值表明

6、數(shù)值基本相近，除橫紋加載條件下落葉松強度小于設計值外其余都均滿足要求，因此北美木結構釘槽強度計算方法優(yōu)于我國現(xiàn)有計算方法，但其橫、順加載時采用相同的計算公式不能反應橫、順紋荷載下的強度差異；對順紋加載時釘槽強度實驗值進行冪函數(shù)非線性回歸分析可得指數(shù)常數(shù)值為1.137，低于北美設計公式中所采用的1.84。
　?。?）實驗所用圓鋼釘屈服強度與規(guī)范設計值相近，側(cè)剪實驗結果表明杉木釘節(jié)點共有五種破壞模式，分別為釘從主構件拔出、釘帽嵌入邊構

7、件、邊構件劈裂、釘槽承壓破壞、釘屈服；釘節(jié)點的剛度離散性明顯大于強度，釘帽效應及構件間摩擦力對節(jié)點承載力有著增強的作用，導向孔為90%時釘節(jié)點承載力最強，過大的導向孔會使節(jié)點承載力下降。（8）釘節(jié)點側(cè)剪實驗值與我國木結構設計值相差較大，與北美木結構設計值差異較小，計算破壞模式與實驗破壞模式一致，分析發(fā)現(xiàn)造成我國設計值與實驗相差較大的主要原因在于我國規(guī)范所使用的杉木釘槽承壓強度設計值與實驗值相差甚大，而我國釘節(jié)點側(cè)剪承載計算方法與北美計算

8、方法不同的表達方式本身所帶來的計算差異并不明顯，因此改進我國釘槽承壓強度表示方法對于釘節(jié)點側(cè)剪承載力的精確計算有著重要的意義。
　?。?）擬合曲線表明釘節(jié)點側(cè)剪承載時線彈性區(qū)變異較小，屈服后變異性增大，節(jié)點破壞后變異性進一步加大，F(xiàn)oshi指數(shù)函數(shù)公式較好地描述了節(jié)點的承載特性，擬合曲線顯示節(jié)點極限滑移處一般小于7.62mm，節(jié)點線彈性區(qū)滑移一般小于1mm，破壞后節(jié)點荷載—位移曲線一般呈直線下降趨勢。
　?。?0）擬合曲線表

9、明釘節(jié)點承載力隨著直徑的增大而增大，節(jié)點的初始剛度及屈服后剛度與釘直徑的變化沒有明顯的相關；釘帽效應可使得節(jié)點承載力增大約一半，具有釘帽效應節(jié)點初始剛度增大1.1，屈服后剛度也略有增大；構件間有摩擦力的釘節(jié)點承載力略大于無摩擦力節(jié)點，但其初始剛度和屈服后剛度變化不明顯；導向孔直徑為所用釘徑110%的節(jié)點承載力、初始剛度明顯小于導向孔徑為60%和90%的節(jié)點，過大的導向孔使得釘與釘槽的軸力握釘力減小造成節(jié)點側(cè)剪承載力下降呈釘拔出破壞模式，