木結(jié)構(gòu)釘連接力學(xué)性能研究.pdf

1、節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)得以連貫的依據(jù)，任何結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)必須能夠把所受荷載從一個構(gòu)件傳遞到另一個，直至傳到基礎(chǔ)，在輕型木結(jié)構(gòu)中所受荷載通過數(shù)以百計的構(gòu)件和數(shù)以千計的釘節(jié)點(diǎn)來傳遞，因此明確構(gòu)件材料的釘連接性能是其應(yīng)用于現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)中重要的一步。
　　結(jié)合現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)對杉木試件進(jìn)行了釘連接性能研究。測試了杉木規(guī)格材握釘力強(qiáng)度，比較了設(shè)計值與實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度的影響作用；測試了杉木規(guī)格材釘槽承壓強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行了理論分析；對所用國產(chǎn)圓鋼釘進(jìn)行了屈服強(qiáng)度測試，明確了幾種國內(nèi)常用圓鋼釘?shù)那?qiáng)度等性質(zhì)，對釘節(jié)點(diǎn)的單剪承載力進(jìn)行了測試，研究了節(jié)點(diǎn)的破壞模式，比較了設(shè)計值與實(shí)驗(yàn)值之間的差異，分析了釘

3、頭效應(yīng)、構(gòu)件表面摩擦力等因素對承載特性的影響。論文的主要結(jié)果如下：
　　（1）杉木握釘力值高于國外相關(guān)規(guī)范設(shè)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(shí)驗(yàn)握釘力值進(jìn)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(shè)計公式所采用的2.5。
　　（2）握釘力強(qiáng)度與釘直徑成正比，但當(dāng)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(qiáng)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(guān)性，杉木端縱面握釘力強(qiáng)度比為0.6-0.8，釘直徑對端縱比并無顯著性影響。
　　（3）釘節(jié)點(diǎn)制作完成后，放置時間及放置環(huán)境對握釘力強(qiáng)度有降低的作用，自然條件下放置一周后握釘力強(qiáng)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。
　　（4）杉木釘槽承壓實(shí)驗(yàn)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?qiáng)度有明顯的影響，順紋加載時極限釘槽承壓強(qiáng)度、5%直徑偏移強(qiáng)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(qiáng)度均無顯著性影響，但對剛度有顯著性影響。
　　（6）密度與釘槽承壓強(qiáng)度、剛度有著正相關(guān)的關(guān)系，比較實(shí)驗(yàn)值與我國設(shè)計值表明我國釘槽強(qiáng)度設(shè)計值偏低，與實(shí)際相差較大；比較實(shí)驗(yàn)測試值與北美木結(jié)構(gòu)設(shè)計值表明

6、數(shù)值基本相近，除橫紋加載條件下落葉松強(qiáng)度小于設(shè)計值外其余都均滿足要求，因此北美木結(jié)構(gòu)釘槽強(qiáng)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(yīng)橫、順紋荷載下的強(qiáng)度差異；對順紋加載時釘槽強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值進(jìn)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(shè)計公式中所采用的1.84。
　?。?）實(shí)驗(yàn)所用圓鋼釘屈服強(qiáng)度與規(guī)范設(shè)計值相近，側(cè)剪實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明杉木釘節(jié)點(diǎn)共有五種破壞模式，分別為釘從主構(gòu)件拔出、釘帽嵌入邊構(gòu)

7、件、邊構(gòu)件劈裂、釘槽承壓破壞、釘屈服；釘節(jié)點(diǎn)的剛度離散性明顯大于強(qiáng)度，釘帽效應(yīng)及構(gòu)件間摩擦力對節(jié)點(diǎn)承載力有著增強(qiáng)的作用，導(dǎo)向孔為90%時釘節(jié)點(diǎn)承載力最強(qiáng)，過大的導(dǎo)向孔會使節(jié)點(diǎn)承載力下降。（8）釘節(jié)點(diǎn)側(cè)剪實(shí)驗(yàn)值與我國木結(jié)構(gòu)設(shè)計值相差較大，與北美木結(jié)構(gòu)設(shè)計值差異較小，計算破壞模式與實(shí)驗(yàn)破壞模式一致，分析發(fā)現(xiàn)造成我國設(shè)計值與實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度設(shè)計值與實(shí)驗(yàn)值相差甚大，而我國釘節(jié)點(diǎn)側(cè)剪承載計算方法與北美計算

8、方法不同的表達(dá)方式本身所帶來的計算差異并不明顯，因此改進(jìn)我國釘槽承壓強(qiáng)度表示方法對于釘節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)破壞后變異性進(jìn)一步加大，F(xiàn)oshi指數(shù)函數(shù)公式較好地描述了節(jié)點(diǎn)的承載特性，擬合曲線顯示節(jié)點(diǎn)極限滑移處一般小于7.62mm，節(jié)點(diǎn)線彈性區(qū)滑移一般小于1mm，破壞后節(jié)點(diǎn)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(diǎn)承載力隨著直徑的增大而增大，節(jié)點(diǎn)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(guān)；釘帽效應(yīng)可使得節(jié)點(diǎn)承載力增大約一半，具有釘帽效應(yīng)節(jié)點(diǎn)初始剛度增大1.1，屈服后剛度也略有增大；構(gòu)件間有摩擦力的釘節(jié)點(diǎn)承載力略大于無摩擦力節(jié)點(diǎn)，但其初始剛度和屈服后剛度變化不明顯；導(dǎo)向孔直徑為所用釘徑110%的節(jié)點(diǎn)承載力、初始剛度明顯小于導(dǎo)向孔徑為60%和90%的節(jié)點(diǎn)，過大的導(dǎo)向孔使得釘與釘槽的軸力握釘力減小造成節(jié)點(diǎn)側(cè)剪承載力下降呈釘拔出破壞模式，