新疆楊木剪力墻釘連接節(jié)點(diǎn)單剪試驗(yàn)

葛切云，趙成，李文素，李彪，高艷花

（塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院,新疆阿拉爾,843300）

0 引言

木結(jié)構(gòu)建筑是我國(guó)一種傳統(tǒng)的綠色建筑結(jié)構(gòu)形式，在大力倡導(dǎo)綠色建筑、裝配式建筑的今天，木結(jié)構(gòu)迎來了快速發(fā)展機(jī)遇。輕型木結(jié)構(gòu)是木結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式之一，由木框架剪力墻、木樓蓋和木屋蓋系統(tǒng)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系，適用于三層及三層以下的民用建筑，具有優(yōu)異的抗震性能和良好的環(huán)境友好性，且裝配化程度高、現(xiàn)場(chǎng)施工方便快捷[1]，可廣泛用于新疆地區(qū)的旅游及公共建筑。

木框架剪力墻作為輕型木結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件，木基結(jié)構(gòu)覆板與墻骨柱的連接性能直接決定了剪力墻的抗側(cè)性能[2]，而覆板與墻骨柱通常采用釘連接，釘連接節(jié)點(diǎn)成為決定輕型木結(jié)構(gòu)房屋性能的重要因素。本試驗(yàn)擬采用新疆楊木規(guī)格材作為剪力墻墻骨，新疆楊膠合板作為墻面覆板考察釘連接節(jié)點(diǎn)的抗剪性能，旨在探索新疆楊木成為本地木結(jié)構(gòu)構(gòu)件用材的可能性。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用新疆楊木規(guī)格材、含水率約為12%的新疆楊木膠合板、規(guī)格為5*50mm的自攻螺絲和鐵釘、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。整體采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，參考《木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于構(gòu)件栓釘連接的試驗(yàn)方法和《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50005修訂[3]中關(guān)于輕型木結(jié)構(gòu)釘連接的構(gòu)造做法，設(shè)計(jì)并制作釘連接節(jié)點(diǎn)試件，分析試驗(yàn)現(xiàn)象及抗剪承載力。

1.2 試件設(shè)計(jì)

剪力墻墻骨柱采用新疆楊規(guī)格材，其尺寸為：長(zhǎng)230mm×寬40mm×高50mm,覆板采用新疆楊膠合板，尺寸為：長(zhǎng)260mm×寬130mm×高12mm，順紋和橫紋承壓的抗剪試件各制作6個(gè)；順紋抗剪試件如圖1(a)所示，橫紋抗剪試件如圖1(b)所示，對(duì)應(yīng)試件參數(shù)見表1。

圖1(a) 順紋抗剪試件示意圖 圖1(b) 橫紋抗剪試件示意圖

表1 釘連接試件分組及參數(shù)

1.3 試驗(yàn)方案與裝置

1.3.1 加載裝置及加載制度

利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，自行設(shè)計(jì)的加載裝置如圖2所示，按照單調(diào)加載方式，采用3mm/min的加載速率直至試件破壞，儀器自動(dòng)記錄破壞荷載和位移。

1.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，定性分析新疆楊木剪力墻釘連接節(jié)點(diǎn)的抗剪性能，對(duì)于新疆楊木是否可用于輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻做出判斷。

圖2 加載裝置示意圖

2 試驗(yàn)過程及現(xiàn)象

2.1 變形與破壞形態(tài)

釘連接在單調(diào)加載試驗(yàn)過程中,初始階段(本文將其定義為工作階段),表現(xiàn)為近似于彈性的工作狀態(tài),隨著時(shí)間推移進(jìn)入強(qiáng)化階段,接下來表現(xiàn)出明顯的塑性,達(dá)到最大承載力后進(jìn)入下降階段,直至破壞。試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)如圖所示的4種破壞形式:a螺絲斷裂;b螺絲被撕壞;c螺絲破碎;d鐵釘拔出。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 試件A、B

A類試件（豎紋兩顆自攻螺絲）的試驗(yàn)曲線如圖4(a)所示，螺絲未斷裂前，位移隨著荷載的增加而驟增，當(dāng)?shù)谝活w螺絲斷裂的一瞬間，荷載驟減，但位移并未增加；隨后，荷載繼續(xù)增加，位移也隨之增大，當(dāng)?shù)诙w螺絲斷裂的一瞬間，情況同第一顆螺絲；但此時(shí)楊木與膠合板并未完全分離，隨著荷載的繼續(xù)增大，楊木與膠合板徹底分離。

圖3(a)斷裂

圖3(b)剪壞

圖3(c)破碎

圖3(d)拔出

B類試件（豎紋兩顆釘子）的試驗(yàn)曲線如圖4(b)所示，隨著負(fù)載的增加，鐵釘被拉彎，位移呈指數(shù)增長(zhǎng)，位移增長(zhǎng)約15mm后，位移幾乎呈直線上升，此時(shí)荷載增加的速率非常緩慢；隨后，鐵釘彎曲到最大程度，荷載開始下降，由于鐵釘具有延展性，此時(shí)鐵釘被拉細(xì)拉長(zhǎng)，但并未被拉斷，并一直持續(xù)到試驗(yàn)所設(shè)定的最大位移，試驗(yàn)停止。

圖4(a) A類試件荷載滑移曲線

圖4(b) B類試件荷載滑移曲線

2.2.2 試件C、D

C類試件（橫紋兩顆自攻螺絲）的試驗(yàn)曲線如圖4(c)所示，螺絲未斷裂前,位移隨著荷載的增加而加速增大，當(dāng)位移達(dá)到某一峰值時(shí)，荷載驟減；隨后，荷載緩慢增加，位移隨之增大，但此時(shí)楊木與膠合板并未完全分離，隨著負(fù)載繼續(xù)增大，楊木與膠合板徹底分離。

圖4(c) C類試件荷載滑移曲線

圖4(d) D類試件荷載滑移曲線

D類試件（橫紋兩顆釘子）的試驗(yàn)曲線如圖4(d)所示，隨著負(fù)載的增加，位移緩慢增長(zhǎng)，位移增長(zhǎng)約2mm后，位移幾乎呈指數(shù)增長(zhǎng)，此時(shí)荷載增加的速率非常緩慢；位移增長(zhǎng)約9mm后，鐵釘彎曲到最大程度，負(fù)載開始下降，由于鋼釘具有延展性，此時(shí)鐵釘被拉細(xì)拉長(zhǎng)，但并未被拉斷，并一直持續(xù)到試驗(yàn)所設(shè)定的最大位移，試驗(yàn)停止。

2.2.3 試件E、F

E類試件（橫紋一顆自攻螺絲）的試驗(yàn)曲線如圖4(e)所示，當(dāng)荷載加速增大時(shí)，位移以非常緩慢的速度增長(zhǎng)，當(dāng)荷載增大到一定值時(shí)，位移開始加速增長(zhǎng)，此后當(dāng)荷載緩慢增長(zhǎng)時(shí)，位移加速增長(zhǎng)；當(dāng)位移達(dá)到某一峰值時(shí)，螺絲斷裂。

圖4(e) E類試件荷載滑移曲線

F類試件（橫紋一顆釘子）的試驗(yàn)曲線如圖4(f)所示，荷載增大，位移變化趨勢(shì)不明顯，當(dāng)荷載增加到一定值時(shí)，位移幾乎呈直線增長(zhǎng)，與D類試件（橫紋兩顆釘子）相比較，D類試件的位移變化約是F類試件的2倍。

圖4(f) F類試件荷載滑移曲線

3 結(jié)論

(1)采用東北落葉松為骨架作對(duì)比,楊木膠合板釘連接的性能優(yōu)于松木膠合板釘連接結(jié)構(gòu)[4]。

(2)釘連接強(qiáng)度主要決定于破壞形式[5-6],從本文的試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),以釘子拔出的破壞形式,強(qiáng)度值最高,且延性也最好。所以在剪力墻設(shè)計(jì)中宜選用足夠厚度的面板和保證足夠的邊距,盡可能控制釘連接的破壞形式為拔出破壞。

(3)楊木膠合板釘連接承載能力與釘子個(gè)數(shù)有關(guān)，由試驗(yàn)得出兩顆釘子的承載能力是一顆釘子的兩倍。