[论文解读] 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 12

一句话总结

本研究调查了由高品级与低品级木材种类组成的混合交叉层木胶合板（CLT）板中金属连接件的滞后性能。采用改进的CUREE循环加载规程，研究结果表明，连接件在低密度芯层中的性能表现存在显著差异，其力-位移响应在不同破坏模式下具有统计显著性差异，尤其是在紧固件穿透芯材时表现尤为明显。

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.

研究动机与目标

• 评估混合高品级与低品级木材种类的混合CLT板中金属连接件的循环性能。
• 比较混合CLT铺层结构与传统CLT（均质木材）中连接件的行为差异。
• 评估芯材木材密度对连接件延性、刚度及能量耗散能力在循环加载下的影响。
• 识别影响混合配置中连接件性能的破坏模式。
• 为混合CLT结构的改进抗震设计与建模提供数据支持。

提出的方法

• 对采用正交层压方式组合高品级与低品级木材的混合CLT板中安装的金属连接件进行循环加载测试。
• 采用改进的CUREE循环加载规程，模拟两个垂直方向的地震条件。
• 选取两种适用于北美市场墙体-楼板连接的商用连接件。
• 通过测量力-位移响应，评估刚度、强度、延性及能量耗散能力。
• 通过目视检查与力-位移数据分析破坏模式，区分面层破坏与芯层破坏。
• 进行统计分析，比较混合CLT与传统CLT铺层结构的结果差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 与传统CLT板相比，混合CLT板中金属连接件的滞后行为有何不同？
• RQ2 低密度芯材对连接件在循环加载下的性能有何影响？
• RQ3 在混合CLT结构中，面层破坏或芯层破坏哪种模式对连接件响应的影响最为显著？
• RQ4 混合CLT与传统CLT铺层结构之间，力-位移响应是否存在统计显著性差异？
• RQ5 连接件的延性与能量耗散能力在混合CLT中如何随木材种类与层压配置而变化？

主要发现

• 当钉子或螺钉穿透低品级/低密度芯材时，混合CLT与传统CLT铺层结构在力-位移响应上表现出统计显著性差异。
• 在面层或连接区域发生破坏的情况下，混合CLT与传统CLT配置之间未发现统计显著性差异。
• 当紧固件与低密度芯材接触时，连接件的刚度与能量耗散对芯材性能更为敏感。
• 破坏模式——特别是破坏起始于面层还是芯层——对观测到的滞后响应具有重大影响。
• 结果表明，混合CLT中连接件的性能并非均匀可预测，其表现取决于特定的破坏机制与材料层压方式。
• 本研究提供了实证数据，支持在抗震应用中使用混合CLT，前提是需根据层压配置仔细评估连接件行为。