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钢木组合结构自攻螺钉单剪节点试验研究

刘佳迪 牛相元 陈志华 张安玲

刘佳迪, 牛相元, 陈志华, 张安玲. 钢木组合结构自攻螺钉单剪节点试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(5): 10-17. doi: 10.13206/j.gjgS21070602
引用本文: 刘佳迪, 牛相元, 陈志华, 张安玲. 钢木组合结构自攻螺钉单剪节点试验研究[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(5): 10-17. doi: 10.13206/j.gjgS21070602
Jiadi Liu, Xiangyuan Niu, Zhihua Chen, Anling Zhang. Experimental Study on Single-Shear Joint of Self-Tapping Screw of Steel-Timber Composite Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(5): 10-17. doi: 10.13206/j.gjgS21070602
Citation: Jiadi Liu, Xiangyuan Niu, Zhihua Chen, Anling Zhang. Experimental Study on Single-Shear Joint of Self-Tapping Screw of Steel-Timber Composite Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(5): 10-17. doi: 10.13206/j.gjgS21070602

钢木组合结构自攻螺钉单剪节点试验研究

doi: 10.13206/j.gjgS21070602
基金项目: 

国家重点研发计划资助(2019YFD1101001-03)。

详细信息
    作者简介:

    刘佳迪,男,1986年出生,博士,讲师。Email:jdliu@tju.edu.cn

Experimental Study on Single-Shear Joint of Self-Tapping Screw of Steel-Timber Composite Structure

  • 摘要: 钢木组合体系兼具了两种材料的优势,在村镇住宅、大跨度结构等建筑体系中均有一定的应用前景。销轴类节点是钢木组合体系中常见的连接形式,其力学特性显著影响结构体系的性能,其中螺栓和钉为销轴的常见形式。为准确评估薄壁钢——木的自攻螺钉连接节点的抗剪性能,从节点抗剪试验、理论推导两个方面进行了研究。同时对潜在的结构材——速生木的力学性能进行了校核。
    为研究木材与薄壁型钢(2 mm)小直径自攻螺钉(直径<6 mm)连接节点的抗剪性能,设计了 11种单调荷载下的单剪连接节点并进行了相关试验。对木材种类、钉的尺寸、连接方向等参数进行分析,得到了自攻螺钉连接节点的破坏模式、承载力及刚度、延性系数、割线刚度等力学特性。在 GB 50005-2017《木结构设计标准》的基础上,对薄壁钢-木自攻螺钉连接节点典型破坏模式的承载力进行了分析。
    结果表明:速生木材的强度可满足连接需求,木材种类的变化对自攻螺钉连接节点的抗剪性能有一定的影响,但钉尺寸、类型、嵌入长度的改变显著影响节点的破坏模式、峰值承载力,国产杉木、杨木以及辐射虽低于常见建材——花旗松、樟子松,但仍有足够的连接强度;自攻螺钉-钢木组合连接节点主要有自攻螺钉钉杆剪断、钉拔出、木材破坏三种破坏模式,其中自攻螺钉剪断是最为常见的破坏情况,在螺钉的嵌入长度较小时,易发生自攻螺钉拔出的破坏情况,木材横纹钉节点时,易因横纹受拉发生脆性断裂,实际情况应避免;燕尾自攻螺钉连接节点在钢板 -木结构构件中有着较好的峰值承载力(3 kN左右),但其因螺钉的脆性断裂延性较差,平均延性系数为 2,减小嵌入长度可增加连接节点的延性;对自攻螺钉连接节点的抗剪承载力进行了理论推导和机理分析,基于 GB 50005-2017等国内规范基础上的分析和校核结果表明,现有标准因未充分考虑绳效应,承载力均小于试验实测值,且不同于纯钢或纯木的销轴类连接节点,薄壁钢-木自攻螺钉连接节点以弯剪破坏为主,由 GB 50005-2017得出的设计值约占承载力实际值的 30%~45%。
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  • 收稿日期:  2021-07-06

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