建筑企業(yè)轉型升級的突破口

木結構連接分為膠連接、接觸連接和機械連接三大類。在傳統(tǒng)木結構中，榫卯連接屬接觸連接形式，具有很好的強度和穩(wěn)定性，但唯一的缺點是剛度較小。隨著現(xiàn)代木結構向大跨和高層結構發(fā)展，對連接件的強度、剛度及延展性等性能的要求顯著提高，傳統(tǒng)的榫卯連接形式已無法滿足建筑需求，需要使用標準化、規(guī)格化的連接件替代，這種連接方式稱為機械連接。機械連接主要采用銷類（釘，木螺絲，螺釘，螺栓，銷釘?shù)龋?、承壓型（剪板，裂環(huán)）、齒板等金屬連接件，其中銷連接有較好的承載形式和較大的剛度是現(xiàn)代木結構中使用最多的連接形式。在早期建筑中，暴露在潮濕環(huán)境中的木結構采用硬木連接件（如木釘、木楔子、木銷）連接。木釘、木銷也廣泛用于造船、橋梁、水磨及軌道枕木，避免金屬緊固件腐蝕問題，即“釘病”（nailsickness）。木釘易用刀具切割且不會出現(xiàn)單寧酸染色反應，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)由山毛櫸制成的木釘強度足以將定向刨花板OSB固定到鍍鋅的CW鋼材上[6–8]。使用木釘將板條固定到天花板上或墻壁上比鐵釘與石膏或石灰石膏兼容性能更好，故木楔，木釘，木銷等被廣泛用于木材連接。在建筑工程中使用木質緊固件對環(huán)境友好，可拆卸，提高木材資源的利用率，綠色環(huán)保。本文研究木釘以不同釘入角度對木材連接性能的影響。1、試件制作（1）規(guī)格材云杉–松–冷杉（Spruce-Pine-Fir,SPF），產(chǎn)地加拿大，試件主材/輔材尺寸為300?mm×38?mm×89?mm，試件長度方向為順紋方向，試件等級為IIc級，平均含水率為14.54%，平均氣干密度為0.490?g/cm3。（2）木釘尺寸為?5.3×90和??5.3×65，木釘材質為山毛櫸，由意大利的BECK公司生產(chǎn)（圖1），每顆木釘最多使用一次，不得重復使用。圖1木釘外形（3）參考我國GB50005—2017《木結構設計標準》、歐洲標準Eurocode5、美國ASTM標準StandardtestmethodsformechanicalfastenersinwoodASTMD1761-12，采用雙單剪構件，由3個構件組成，中間為主材，兩側為輔材。每個試件由2顆木釘分別從輔材兩側（邊距為35?mm，端距為100?mm）釘入主材進行連接，釘入角度分別為剪–拉TS（shear-tension）30°,45°,60°,75°，純剪90°，剪–壓CS（shear-compression）30°,45°,60°,75°，每組試驗重復進行3組獲得結果，試件設計如圖2所示。（a）

（b）圖2不同釘入角度試件設計示意（a）試件外形；（b）釘入角度示意2、試驗步驟在試件上畫線，兩側邊的輔材沿順紋方向放在主材離端頭7?cm位置，在輔材上畫出釘入木釘?shù)奈恢茫措x端頭10?cm，離測邊距3.5?cm）；木釘表面經(jīng)清潔后裝入木釘槍，待空壓機壓力升至0.8?MPa時連接空壓機與木釘槍；用夾具固定試件后畫出角度輔助線，再以不同角度釘入木釘并編號，木釘釘入的試件應避開節(jié)子、樹脂道、裂縫等，以保證試驗結果的精確。將釘入木釘?shù)腟PF試件放到萬能力學試驗機上，以2.5?mm/min的加載速度勻速加載，記錄的拉力最大荷載即為木釘斜接SPF的抗剪切力值，試驗進行到節(jié)點完全破壞后停止，繪制荷載–位移曲線圖。試驗過程如圖3所示。（a）（b）（c）（d）圖3試件組裝示意（a）示意1；（b）示意2；（c）示意3；（d）示意43、試驗結果與分析3.1試件破壞模式按順紋方向劈開主材和輔材發(fā)現(xiàn)木釘均能很好地嵌入試件中，木釘與試件結合緊密，木釘取出時還攜有許多木材的碎屑。大多數(shù)木釘在主材與輔材接觸的位置發(fā)生斷裂，有的是兩處斷裂，有的一處斷裂，釘槽并無明顯變化，由于TS45°的木釘釘入時與木紋的夾角較小，嵌入主材的有效長度不深，在剪拉力時從主材中拔出而使試件失效。各角度破壞形式如圖4所示。（a）

（b）

（c）（d）

（e）

（f）（g）

（h）圖4不同釘入角度的釘子和釘槽（a）CS30°；（b）CS45°；（c）CS60°；（d）CS75°；（e）TS30°；（f）TS45°；（g）TS60°；（h）TS75°3.2試驗數(shù)據(jù)與分析從表1可知，木釘以不同的角度釘入試件，對木結構節(jié)點的承載力、剛度和延性系數(shù)均有影響。當節(jié)點受到剪壓力時，其承載力和剛度普遍比受剪拉力時??；當節(jié)點受到剪拉力時，TS45°的承載力、剛度和延性系數(shù)較小，而TS60°的承載力最大，為4?206.25?N，剛度也最大，為1?240.22?N/mm，TS75°的承載力比TS75°稍小，為3?970.42?N，但延性系數(shù)最大，為2.74。表1各組試件的試驗平均值從數(shù)據(jù)中還可觀察到，TS60°~TS75°時，試件的承載力最大，剛度也較大。說明木釘斜接可有效提高試件節(jié)點的承載力。從綜合數(shù)據(jù)看，木釘以TS60°與試件連接具有較高的承載力，具有較高的剛度和很好的延性。因此，木釘以60°釘入試件，受到剪拉力時為最佳角度。4、結論本文以剪拉TS30°,45°,60°,75°，以剪壓CS30°,45°,60°,75°，純剪90°等9個不同