[論文レビュー] Hysteretic behaviour of metal connectors for hybrid (high- and low-grade mixed species) cross laminated timber

Vahid Mahdavifar, André R. Barbosa+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2017

Wood Treatment and Properties参考文献 6被引用数 12

ひとこと要約

本研究は、高級材および低級材の木材種を組み合わせたハイブリッドCross-Laminated Timber（CLT）パネルに用いられる金属継ぎ手のヒステリシス挙動を調査する。修正CUREEサイクル荷重プロトコルを用いた実験により、低密度コア層における継ぎ手性能に顕著な差が生じることが示され、特にネジがコア材に貫通する場合、破壊モードに応じて力-変位応答に統計的に有意な差が認められた。

ABSTRACT

Cross-laminated timber (CLT) is a prefabricated solid engineered wood product made of at least three orthogonally bonded layers of solid-sawn lumber that are laminated by gluing longitudinal and transverse layers with structural adhesives to form a solid panel. Previous studies have shown that the CLT buildings can perform well in seismic loading and are recognized as the essential role of connector performance in structural design, modelling, and analysis of CLT buildings. When CLT is composed of high-grade/high-density layers for the outer lamellas and low-grade/low-density for the core of the panels, the CLT panels are herein designated as hybrid CLT panels as opposed to conventional CLT panels that are built using one lumber type for both outer and core lamellas. This paper presents results of a testing program developed to estimate the cyclic performance of CLT connectors applied on hybrid CLT layups. Two connectors are selected, which can be used in wall-to-floor connections. These are readily available in the North American market. Characterization of the performance of connectors is done in two perpendicular directions under a modified CUREE cyclic loading protocol. Depending on the mode of failure, in some cases, testing results indicate that when the nails or screws penetrate the low-grade/low-density core lumber, a statistically significant difference is obtained between hybrid and conventional layups. However, in other cases, due to damage in the face layer or in the connection, force-displacement results for conventional and hybrid CLT layups were not statistically significant.

研究の動機と目的

• ハイブリッドCLTパネルに用いられる金属継ぎ手のサイクル性能を評価すること。
• 均一な木材種を用いた従来のCLTと比較して、ハイブリッドCLTの継ぎ手挙動を検証すること。
• コア材の密度がサイクル荷重下における継ぎ手の延性、剛性、エネルギー散逸能力に与える影響を評価すること。
• ハイブリッド構成における継ぎ手性能に影響を及ぼす破壊モードを特定すること。
• ハイブリッドCLT構造のより良い地震設計およびモデル化のためのデータを提供すること。

提案手法

• 高級材と低級材を直交層合せたハイブリッドCLTパネルに金属継ぎ手を設置し、サイクル荷重試験を実施する。
• 北米市場向けの壁-床接続用に商業的に入手可能な2種類の継ぎ手を選定する。
• 地震条件を模擬するため、修正されたCUREEサイクル荷重プロトコルを用い、2方向の垂直方向に荷重を印加する。
• 力-変位応答を測定し、剛性、強度、延性、エネルギー散逸容量を評価する。
• 視覚的検査と力-変位データを分析して、表層部とコア層部の破壊を区別する。
• ハイブリッドCLTと従来CLTの各レイアップ構成間での結果を比較する統計的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイブリッドCLTパネルにおける金属継ぎ手のヒステリシス挙動は、従来CLTパネルとどのように異なるか？
• RQ2 低密度コア材がサイクル荷重下における継ぎ手性能に与える影響は何か？
• RQ3 破壊モードとしての表層部破壊とコア層破壊のうち、ハイブリッドCLTにおける継ぎ手応答に最も顕著な影響を与えるのはどちらか？
• RQ4 ハイブリッドCLTと従来CLTのレイアップ構成間で、力-変位応答に統計的に有意な差が認められるか？
• RQ5 ハイブリッドCLTにおける継ぎ手の延性とエネルギー散逸特性は、木材種および層構成に応じてどのように変化するか？

主な発見

• ネイルやスクリューが低級材／低密度コア材に貫通する場合、ハイブリッドCLTと従来CLTのレイアップ構成間で、力-変位応答に統計的に有意な差が認められた。
• 破壊が表層部または接合部で発生した場合には、ハイブリッドCLTと従来CLTの構成間に統計的に有意な差は認められなかった。
• 継ぎ手の剛性とエネルギー散逸能力は、ネジが低密度コア材に接触している場合、コア層の特性に特に敏感に反応した。
• 破壊モード、特に破壊が表層部で発生するかコア層で発生するかが、観察されたヒステリシス応答に大きな影響を与えた。
• 結果から、ハイブリッドCLTにおける継ぎ手性能は一様に予測可能ではなく、特定の破壊メカニズムと材料の層構成に依存することが示された。
• 本研究は、層構成に応じた継ぎ手挙動の詳細な評価が行われる限り、ハイブリッドCLTを地震応用に活用する根拠となる実験的データを提供している。