采用自攻螺钉的面板钉连接节点的力学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

轻型木结构是目前应用最为广泛的一种现代木结构体系，而轻木剪力墙（又称木框架剪力墙）是其重要的抗侧力构件，主要由墙骨框架和覆面结构板材钉接而成。已有研究表明，采用常规木基结构板材（OSB、plywood）和普通圆钉制成的轻木剪力墙中，易出现大量的钉子拔出、板边撕裂等钉连接破坏现象，以至于影响其抗侧力性能。

众所周知，相比于木基结构板材，竹胶板表现出较好的力学性能和材料均匀性，是一种很好的覆面板材料。另外，自攻螺钉在抗拔性能上远远优于圆钉和螺纹钉等常规钉连接件，用于轻木剪力墙中也能很好的避免拔出破坏。因此，本项目拟针对采用自攻螺钉的面板钉连接节点进行单调加载试验，研究其力学性能，推导抗剪承载力，为后续进一步研究自攻螺钉在轻木剪力墙中的应用和研究提供基础数据和理论支撑。

2. 国内外研究现状分析

国内研究现状

陈志勇^[1]等人通过对222个采用中国产圆钢钉制作的轻型木结构覆面板钉连接试件进行单调加载试验，研究了它们的承载性能，获得了符合中国轻型木结构覆面板钉连接的刚度计算公式。邹晓静^[2]等人对两种不同型号的中国钉子各做了10个试件的抗弯试验及单向拉伸荷载试验，在国外常用的指数型钉节点模型的基础上, 建立了一种适用于中国钉子两个方向钉节点的修正模型。陈松来^[3]等人制作了268个木结构剪力墙中钉连接的试件，采用单调加载方式进行实验研究，得到结论：普通圆钉连接强度主要取决于破坏模式；边距不足明显影响钉连接的强度；钉连接刚度离散性较大，墙骨木材木纹方向对刚度的影响十分明显。陈志勇^[4]等人介绍了用以分析钉连接承载性能的屈服理论及其建立与发展，然后从连接形式、衰退效应 、抗侧力与抗拔力共同作用、其他连接形式和钉连接形式的性能比较等四大方面阐述了国内对外钉连接侧向承载性能的研究。张锋^[5]等人通过分析国内外若干面板钉节点试验表明：墙面板材料密度较大时，钉子主要发生拔出破坏，密度较小时；主要发生钉头冲切破坏；钉连接顺纹受力时性能优于横纹受力时性能；直钉连接受力性能优于斜钉连接；墙板方向平行于墙骨柱顺纹方向时其受力性能优于墙板方向垂直于墙骨柱顺纹方向时的受力性能；反复加载情况下，其刚度及强度的退化比单调加载时要大。祝恩淳^[6]等人通过对60个采用国产圆钉制作的轻型木结构覆面板钉连接试件进行单调加载和单向反复加载试验，研究了钉连接的刚度退化和承载力变化规律。熊海贝^[7]等人对采用不同osb面板厚度、不同钉边距、顺纹或横纹受力的10组共100个钉节点试件的承载力、破坏模式、延性、刚度退化、强度退化和耗能性能作了比较分析。表明： 钉边距影响钉节点的破坏模式；钉边距和面板厚度的增大有利于提高节点承载力、耗能和变形能力；板厚对顺纹受力试件承载力及横纹受力试件承载力相对关系影响较大，顺纹受力试件的延性与耗能能力相对横纹受力试件较差；钉边距增大使强度退化的速率逐渐降低。阙泽利^[8]等人通过采用单调加载的方式进行抗剪试验，研究高盐环境对木结构连接抗剪性能的影响，表明：相同处理周期下，随着盐溶液浓度增加，单剪试件在承载过程中弹性变形阶段缩短，塑性变形阶段延长，屈服荷载变小；相同盐溶液浓度情况下，随着处理周期延长，屈服荷载、极限荷载均减小。何敏娟^[9]等人研究了中国钉应用在木剪力墙建造中的可行性，研究表明：采用中国钉和进口钉的木剪力墙有着相近的抗侧承载力和刚度；有限元计算所得的木剪力墙抗侧承载力相对于木结构设计规范中的公式有足够的可靠度，在木剪力墙的建造中，中国钉和进口钉可以相互替代使用。李智^[10]等人通过8片墙体的单调及滞回实验检验了采用竹胶合板作为轻型木结构框架结构剪力墙覆面板的可行性，并得到了墙体的单位长度承载力、割线模量和延性系数，且抗震性能良好，在国内外都能满足目前工业化加工及承载力的要求。程海江^[11]等人通过钉连接的单向和反复荷载试验表明其荷载位移曲线具有高度的非线性、捏缩、强度折减和刚度折减等特性，并采用abaqus软件和johnn用户自定义单元，通过6片足尺木框剪力墙试件的单向和反复荷载试验，研究了竖向荷载、翼缘墙体、墙角锚栓和从口尺寸对剪力墙的性能的影响，研究表明竖向荷载可以大幅度提高墙体的抗剪强度、弹性抗侧刚度和滞回能耗；翼缘对于墙体的结构性能有所提高；门窗洞口会提高墙体的极限位移和耗能。董伟博^[12]等人对轻型木结构夹板剪力墙钉节点进行了试验研究，表明采用相同厚度的osb制作的夹板剪力墙钉节点承载力比标准剪力墙钉节点承载力大；随着夹板厚度的增加，夹板剪力墙钉节点承载力、刚度、延性系数提高；相同厚度osb制作的顺纹钉节点刚度大于横纹钉节点；12mm厚的osb比较适合制作夹板剪力墙。郑维^[13]等人对8组样本进行了单调的横向荷载试验，研究了不同变量对双剪钉（dsn）连接横向性能的影响，表明dsn连接的失效模式依赖于护套厚度和钉边距，钉距和护套厚度的增加可以显著提高最终强度和延性，而对初始刚度影响较小，并将测试数据理想化转化为dsn连接的荷载-位移曲线。

国外研究现状

3. 研究的基本内容与计划

根据轻木剪力墙的实际构造，选取具有代表性的单剪面板钉连接节点进行单调加载试验。试件采用竹胶板作为覆面板，并根据竹胶板实际的厚度情况，选取12mm、15mm两种厚度作为参数变化；以spf规格材作为墙骨，选取适宜长度的自攻螺钉，板端距根据实际情况考虑50mm、20mm和10mm三种变化；加载方向根据spf墙骨纹路分为顺纹加载和横纹加载两种变化。

2018.01.08~2018.01.19开题，收集资料，查阅文献，做好前期准备。

2018.02,26~2018.03.31充分了解课题内容，进行实验，深入调研，做好数据和结论的整理，完成初稿。

4. 研究创新点

竹胶板是以毛竹材料作主要架构和填充材料，经高压成坯的建材。由于竹胶板硬度高，抗折，抗压，表现出较好的力学性能和材料均匀性，是一种很好的覆面板材料，在很多使用区域已经替代了钢模板。又由于竹是易培养，成林快的林木，三到五年就可以砍伐，能替换木材，因此，国家林业部政策支持大力发展以竹为主要加工材料的人造板，已经在很多地方替换了木材类板材的使用。鉴于此，将竹胶板用于轻木剪力墙中也能很好的避免钉子拔出破坏