轻型木结构中剪力墙钉连接承载性能试验研究

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20世纪90年代,中国经济发达的沿海地区引进北美轻型木结构住宅。这些地区的风荷载大多超过了国家标准《木结构设计规范》GB5005-2005规定的按构造设计的风荷值,但中国规范暂时尚未给出相应的设计方法,因此轻型木结构住宅的抗侧力问题有待进一步的研究。  剪力墙是轻型木结构的主要抗侧力构件。剪力墙的承载力主要由墙板与墙骨构成的蒙皮结构提供,两者通过钉连接抗侧力传递剪力来协调工作;在侧向荷载作用下,剪力墙的侧向变形主要是剪力墙体的剪切变形,墙板与墙骨间的钉连接(以下称墙板板钉连接)滑移是致使剪力墙体的剪切变形的主要原因。因此研究墙板板钉连接的承载性能是研究轻型木结构抗侧力性能的关键问题。  自从1950年Moller使用“屈服理论”对钉连接进行深入的研究后,人们对传统的钉连接的承载性能有了较深刻的认识。作为轻型木结构住宅特殊的产物,墙板钉连接其构造,如端距或边距等,并不满足传统钉连接的构造要求。然而国际上常使用传统钉连接构造形式来研究墙板钉连接的承载性能,其结论不一定适用于墙板钉连接。因此本文针对墙板钉连接的构造形式的特殊性进行承载性能研究。  影响钉连接承载性能的因素很多,如树种(强度及密度)、试件尺寸、试件含水率、实验室和养护温度和湿度、钉子材性和尺寸、钉连接边距和端距、钉入角度、试件放置时间、墙板方向与墙骨木纹的夹角、荷载方向和墙骨木纹的夹角、重复荷载幅度或重复位移幅度、重复荷载频率、重复荷载次数等。但碍于时间的限制,本文主要研究剪力墙墙板钉连接的承载性能是否受墙板方向和墙骨木纹夹角、剪力方向和墙骨木纹夹角、多次重复荷载作用、放置时间这四个因素的影响。  试验结果表明,墙板钉连接的破坏形式一共有六种,即断裂、剪坏、穿透、拔出、压坏和撕裂。墙板方向与墙骨木纹夹角α对该连接承载性能有一定的影响,但放置一定时间后,因木材干缩、蠕变作用减少了木材的握钉力,夹角α对墙板钉连接承载性能的影响将逐渐减少甚至可以忽略不计。端距或边距为10mm斜钉的钉连接,其承载力不受剪力方向与墙骨木纹夹角β的影响,当钉杆方向与荷载方向的夹角不大于90°时,其刚度不受夹角β的影响为一恒值,当钉杆方向与荷载方向的夹角大于90°时,其钉连接的刚度与夹角β成递增关系;端距或边距为19mm直钉的钉连接,其承载力和刚度与夹角β成递增关系。经重复多遇风荷载作用后,钉连接的承载力因木材被压密不但没有减少反而略有增加,但其刚度与重复加载次数n呈指数关系递减。2个星期内,试件放置时间对钉连接的承载力和刚度有很大的影响。  本文试验结果与通过欧洲规范公式计算得到的承载力和刚度基本吻合。通过对试验数据的分析,本文得出了放置2个星期的轻型木结构住宅墙板钉连接的承载力和刚度计算公式。
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