(高清版)GBT 40048-2021 木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓連接力學性能測試方法

GB/T40048—2021木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓連接力學性能測試方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T40048—2021本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由國家林業(yè)和草原局提出。本標準由全國木材標準化技術(shù)委員會(SAC/TC41)歸口。明紅堂工藝品有限公司、德華兔寶裝飾新材股份有限公司、中國林業(yè)科學研究院林業(yè)新技術(shù)研究所、東莞華科東尼儀器有限公司、深圳市造源景觀旅游規(guī)劃設計有限公司、廣東潤成創(chuàng)展木業(yè)有限公司。1GB/T40048—2021木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓連接力學性能測試方法本標準規(guī)定了木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓連接力學性能以及螺栓孔銷槽承壓強度等測試方法。本標準適用于通過單個螺栓緊固件將至少一個木質(zhì)結(jié)構(gòu)材構(gòu)件和另外至少一個任意材料構(gòu)件連成2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T1931木材含水率測定方法GB/T1933木材密度測定方法GB50005木結(jié)構(gòu)設計標準GB/T50329木結(jié)構(gòu)試驗方法標準GB/T50708膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范LY/T3041木結(jié)構(gòu)金屬緊固件連接循環(huán)荷載性能測試方法3.1螺栓連接boltedjoints通過單個螺栓緊固件將至少一個木質(zhì)結(jié)構(gòu)材構(gòu)件和另外至少一個任意材料(通常是木質(zhì)結(jié)構(gòu)材或鋼板或混凝土)構(gòu)件連成一體的連接方式。3.3單剪連接singleshearjoints3.4雙剪或多剪連接doubleshearor3.5木質(zhì)結(jié)構(gòu)材螺栓孔投影單位面積承受螺栓緊固件壓縮荷載。3.62GB/T40048—2021伸荷載)的力學性能，主要包括強度和剛度。4符號4.1幾何參數(shù)e?——在平行于木質(zhì)構(gòu)件表層木材順紋方向，距離端頭最近的緊固件中心到端頭的距離，簡稱端e?——在垂直于木質(zhì)構(gòu)件表層木材順紋方向，距離邊緣最近的緊固件中心到邊緣的距離，簡稱邊4.2力學性能S-—相對位移或滑移，mm5基本要求5.1.1.1按照測試目標的要求選取有代表性的木質(zhì)結(jié)構(gòu)材產(chǎn)品加工試件，并且在緊固件附近不應有影響測試性能的明顯缺陷，通常選擇直紋理、無節(jié)木材產(chǎn)品作為試件，而木質(zhì)材料產(chǎn)品試件宜根據(jù)加工特性選?。蝗绻枰芯咳毕輰B接性能的影響，可有目的選擇包含缺陷的試件。5.1.1.2在進行測試之前，構(gòu)件平衡含水率至少應滿足下列條件之一。a)木構(gòu)件應在溫度為(20±2)℃和相對濕度(65±5)%的條件下保持質(zhì)量相對穩(wěn)定。b)達到最終使用地點或施工地點的平衡含水率。c)在研究含水率和溫度對連接性能影響時，通過恒溫恒濕箱調(diào)節(jié)達到研究要求的穩(wěn)定含水率和溫度并在測試過程中始終保持。5.1.1.3在測試之前，在代表性等級規(guī)格尺寸的木質(zhì)結(jié)構(gòu)材產(chǎn)品中隨機選取試件或密度范圍進行分組選取試件。5.1.2螺栓緊固件和鋼板構(gòu)件螺栓緊固件應包括螺桿、及其配套的螺母和墊圈，螺栓應符合GB50005以及GB/T50708等標準規(guī)范要求的非全螺紋螺桿，和構(gòu)件接觸的螺桿中間部位應為無螺紋的光桿，螺桿兩端為螺紋或一端螺栓頭、一端螺紋，所有螺母或螺栓頭與構(gòu)件表面之間應安裝墊圈。采用鋼墊圈時，墊圈的厚度不應小于直徑或者邊長的1/10,且不應小于螺栓直徑的30%。方形墊圈的邊長不應小于螺桿直徑的3.5倍，圓GB/T40048—2021形墊片的直徑不應小于螺桿直徑的4倍。每個測試試件中螺栓緊固件和鋼板構(gòu)件不得重復使用。條件變量，可根據(jù)結(jié)構(gòu)材連接性能變異系數(shù)確定合理的試件抽樣重復數(shù)，相同配置條件試件重復數(shù)至少5個～10個，通常至少10個，條件許可時試件重復數(shù)盡可能多。5.2測試設備5.2.1力學試驗機或其他加載設備應能滿足測試加載要求，測定荷載示值精度到士1%。5.2.2試件壓縮荷載加壓頭宜配置相應的球鉸支座。5.2.3試件拉伸荷載時配置的加載頭能夾緊試件且配備萬向節(jié)以便加載過程中保持沿試件軸向進行拉伸加載。5.2.4位移測量設備，加載過程中能夠?qū)崟r準確測量螺栓連接構(gòu)件之間相對位移或滑移，應在銷軸兩端部位分別使用一個以上的位移測量設備，位移測量示值精度±1%。5.2.5木構(gòu)件試件尺寸量具測量精度1mm,螺栓緊固件直徑的測量精度為0.02mm,長度測量精度為5.2.6GB/T1933規(guī)定的測定木材密度的試驗設備和GB/T1931規(guī)定的測定含水率的試驗設備。6螺栓孔銷槽承壓強度測試6.1螺栓孔銷槽承壓強度試件應和螺栓連接采用性質(zhì)相同或相近的木結(jié)構(gòu)材試件。為保證在加工及測試過程盡可能不發(fā)生劈裂，半孔法試件(如圖1所示)最小尺寸應為：試件厚度(t)不小于38mm和2d兩者中較小值，試件寬度(w)和試件長度(1)均不小于50mm和4d兩者中較大值，實際試件采用尺寸應盡可能大于上述最小尺寸以避免測試中銷槽承壓部位發(fā)生開裂。圖1半孔法銷槽承壓試件6.2半孔法試件的銷槽孔徑應不小于緊固件直徑，且相差不應大于1.6mm。試件加工過程如下，如圖2所示。a)沿著鋸切線將試件在標注的螺栓孔處切開；b)一定壓力夾緊兩塊試件使之不會發(fā)生松動；c)在標注螺栓孔的位置鉆出引導孔；d)將緊固件插入引導孔；e)取下夾具和小試塊，保留緊固件插入半孔的試件。34GB/T40048—2021鋸切線圖2半孔法試件加工6.3可采取如圖3所示裝置進行測試。測試時，應確保試件放置于平整的臺面，加載過程中必須確保螺栓緊固件不發(fā)生彎曲，2個位移計分別測量緊固件兩端的位移變化。圖3半孔法測試圖6.4推薦位移加載速度為1mm/min±50%,加載程序為勻速連續(xù)加載進行加載，加載通常應在達到最大荷載后下降到最大荷載80%以下或位移達到0.5倍螺栓孔直徑時停止加載，施加荷載后開始測量沿加載方向緊固件兩端的位移變化，連續(xù)記錄完整的荷載和位移數(shù)據(jù)，繪制荷載-位移曲線。6.5依據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制獲得荷載-位移曲線初始直線段，平行于初始值線段沿橫坐標向右偏移距離為5%緊固件直徑，取該平行偏移直線與荷載-位移曲線交點處對應的荷載作為銷槽承壓屈服荷載Fy。如果該直線未與荷載-位移曲線相交，則取曲線最大荷載Fmx作為Fy。測試荷載-位移曲線圖見圖4。按式(1)計算螺栓孔銷槽承壓強度，計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字。………(1)式中：fe——銷槽承壓強度，單位為牛每平方毫米(N/mm2);d——螺栓直徑，單位為毫米(mm);t———銷槽承壓試件厚度，單位為毫米(mm)。5GB/T40048—2021荷載屈服荷載F最大荷載比例極限荷載位移圖4銷槽承壓屈服荷載取值示例6.6按照GB/T50329統(tǒng)計方法分析測試數(shù)據(jù)，也可按8.2計算5%下限分位值作為銷槽承壓強度的標準值。測試后，立即從測定銷槽承壓試件靠近螺孔部位截取全斷面20mm長的木塊1個，按照GB/T1931測定試件含水率，另外截取全斷面20mm長的木塊1個，按照GB/T1933測定試件氣干密度或全干密度，使用顯微鏡和目視測量試件的年輪寬度。測試報告應包括但不限于以下內(nèi)容：試件密表面處理情況；連接試件尺寸、緊固件數(shù)量及相關(guān)細節(jié)特征；制作環(huán)境與測試環(huán)境等；加載設備及程序等；詳細的測試數(shù)據(jù)和測試最終破壞形式等信息。7螺栓連接測試7.1.1按照受剪面數(shù)量不同，螺栓連接測試分為單剪、雙剪和多剪測試；根據(jù)連接構(gòu)件試件材質(zhì)不同，通常全部使用木質(zhì)結(jié)構(gòu)材構(gòu)件的為木-木連接測試，使用木質(zhì)結(jié)構(gòu)材和鋼材構(gòu)件的稱為木-鋼連接測試，常見連接方式及其相應的屈服破壞模式見附錄A(圖A.1～圖A.4)。連接測試主要考慮螺栓孔承載最小邊距和邊距變化、木結(jié)構(gòu)材含水率、螺栓和金屬夾板的性能等任何可能對連接力學性能造成影響的7.1.2木材結(jié)構(gòu)材試件尺寸、螺栓的端距、邊距通常應符合GB50005和GB/T50708等規(guī)范要求并和實際工程使用的連接狀態(tài)保持一致具有代表性。在木構(gòu)件全部螺栓節(jié)點部位螺孔處不應出現(xiàn)裂縫，使用鋼板、木質(zhì)結(jié)構(gòu)板等板材時，應合理設計主側(cè)構(gòu)件厚度，以免發(fā)生過早破壞。木-木連接測試中，側(cè)材厚度至少為主材的一半，主、側(cè)材的長度和寬度選擇應考慮端距和邊距的影響。木-鋼連接時，鋼板型號和厚度應和實際工程使用的保持一致，當鋼板厚度小于或等于螺栓直徑0.5倍時為薄鋼板類型，而厚度大于或等于螺栓直徑時為厚鋼板類型。沿順紋荷載作用時，受力端和非受力端最小端距分別為緊固件直徑的7倍和4倍；沿橫紋荷載作用時，受力端和非受力端最小端距分別為緊固件直徑的4倍和1.5倍。為了研究端距和邊距尺寸參數(shù)對連接性能的影響，可不考慮上述要求。7.1.3對于螺栓直徑小于12mm的螺栓孔直徑宜大于螺栓直徑不超過0.8mm,對于螺栓直徑大于12mm的螺栓孔直徑大于螺栓直徑不超過1.6mm。安裝螺栓時先用手擰緊后使用扭力扳手將所有螺栓連接的螺帽擰緊到預先設置的同一批次扭矩值即可停止。安裝圓鋼銷時，將木孔和鋼板孔位置調(diào)節(jié)到基本一致時用木棰敲入。構(gòu)件接觸的螺栓中間部位應為無螺紋的光桿，螺母擰緊后螺栓外露長度不應小于螺桿直徑的80%,且外露絲扣不應少于2扣。螺栓連接試件安裝完成后通常在1h內(nèi)完成測試，除非特意設定時間延遲測試。7.1.4雙剪及多剪測試的試件外形應對稱。對于單剪測試等不對稱試件，施加荷載時，試件可能會橫6GB/T40048—2021向偏移，使用一個無摩擦的滾輪橫向支撐進行限位。位移計應固定在合適位置能夠?qū)崟r準確測量加載過程中螺栓連接構(gòu)件之間相對滑移且固定部位自身變形盡可能小。7.1.5為了與GB/T50329規(guī)定的兩端不緊固的圓鋼銷連接試驗保持可比性，在螺栓連接測試前取相同配置和數(shù)量的木質(zhì)結(jié)構(gòu)材試件按照GB/T50329做相同直徑圓鋼銷連接對照測試，并按照7.5.2規(guī)定的5%直徑偏移值確定圓鋼銷屈服荷載值。特別對于鋼-木-鋼螺栓連接時由于螺栓緊固增強效應導致在荷載-位移曲線中初始屈服點不明顯，通過解析螺栓連接荷載-位移曲線獲得屈服荷載通常比相同配置的圓鋼銷連接屈服荷載高很多。7.1.6條件許可時盡可能采用受拉方式進行木質(zhì)構(gòu)件螺栓連接承載力測試，更具有代表性，也可按照受壓方式進行螺栓測試，在進行受拉方式測試時，應使用萬向節(jié)或其他類似裝置保持沿試件軸向加載，同時試件夾緊部位應遠離螺栓測試破壞處；在進行壓縮方式測試時，應使用球面支座或其他類似裝置。本標準主要采用單向單調(diào)加載，也可按照LY/T3041標準中規(guī)定的單向往復或雙向(拉-壓)循環(huán)往復加載的方式進行測試。7.1.7同一連接配置條件重復試件數(shù)量不應小于5個～10個，通常不小于10個，宜采用相同類型和相同等級尺寸的螺栓緊固件和鋼板，且每個測試試件中螺栓緊固件和鋼板構(gòu)件不得重復使用?？捎糜趩握{(diào)加載或循環(huán)加載，當按照LY/T3041標準進行往復加載時，可另取1個對照重復試件用于單調(diào)加載以獲得極限位移(滑移)和屈服位移(滑移)。7.1.8本標準主要適用于單個螺栓構(gòu)成連接節(jié)點，當需要測試兩個以上螺栓構(gòu)成連接節(jié)點力學性能多個螺栓的整體塊剪效應和群栓組合折減系數(shù)。7.2單剪連接7.2.1根據(jù)使用構(gòu)件的不同，分為木-木單剪測試和木-鋼單剪測試。木-木單剪測試，通常由兩個木構(gòu)件和緊固件組裝而成，根據(jù)荷載作用方向與木材紋理夾角不同分為順紋、橫紋及任意角度的木-木單剪連接；木-鋼單剪測試是使用鋼板作為側(cè)材構(gòu)件進行的測試。7.2.2順紋單剪測試試件組裝，首先將兩木構(gòu)件在順紋方向上部分重疊，其重疊長度至少是2倍端距；然后在木構(gòu)件重疊部分中心安裝緊固件，形成螺栓連接節(jié)點試件，如圖5所示。7.2.3橫紋單剪測試試件組裝，首先將兩木構(gòu)件形成T形，然后在木構(gòu)件重疊部分中心安裝緊固件，橫紋構(gòu)件兩支撐點或夾緊點外側(cè)間距至少為橫紋構(gòu)件高度3倍，加載方向與主材構(gòu)件木紋理方向保持垂直，如圖6所示。7.2.4帶紋理角度的單剪測試試件組裝需墊高水平試件一側(cè)，使兩試件呈現(xiàn)測試所需夾角即可，推薦7.2.5選擇合適的加載速度勻速加載，加載方向如圖所示(實線箭頭表示壓縮測試，虛線箭頭表示受拉測試),應在5min到20min以內(nèi)，通常約10min左右達到最大荷載(推薦位移加載速度為1mm/min±50%),對于壓縮荷載，測試可以在加載方向木構(gòu)件間的總相對位移值達到15mm時停止加載，記錄7GB/T40048—2021說明：表示木材順紋方向；斜紋表示鋼板。8GB/T40048—20217.3.2雙剪測試試件組裝如圖8～圖11,按照7.2.2～7.2.4單剪測試對于試件的各項規(guī)定。大荷載(推薦位移加載速度為1mm/min±50%),對于壓縮荷載，可以在加載方向木構(gòu)件間的相對位荷載。9GB/T40048—2021圖9木(順紋)-木(橫紋)-木(順紋)構(gòu)件、鋼-木(橫紋)-鋼雙剪連接測試示意圖圖10木(橫紋)-木(順紋)-木(橫紋)構(gòu)件、木(橫紋)-鋼-木(橫紋)雙剪連接測試示意圖GB/T40048—20217.4測試完成后，立即從連接節(jié)點木材或木質(zhì)材料試件靠近螺孔部位截取全斷面20mm長的木塊1個，按照GB/T1931測定試件含水率，7.5.1在荷載-位移曲線上可以得到連接屈服時屈服荷載F,及其對應的屈服相對滑移Sy、最大荷載Fmax及其對應的最大相對滑移Smx、2/3最大荷載2/3Fm及其對應的2/3相對滑移S?/3max等連接節(jié)點7.5.2通常按照5%緊固件直徑平行偏移法確定屈服荷載：如圖12所示，若荷載位移曲線初始段非線性明顯，連接曲線上0.1倍和0.4倍最大荷載對應的點，形成直線的斜率即為初始剛度K;將該直線向右平移5%緊固件直徑的距離，其與曲線的交點記為屈服點，對應的荷載為F,屈服荷載，對應的位移為屈服位移Sy。FLFL荷載FxK.F位移圖12螺栓連接屈服荷載截取點示意圖GB/T40048—20218測試數(shù)據(jù)匯總和統(tǒng)計方法8.1測試數(shù)據(jù)匯總螺栓連接和螺栓孔銷槽承壓強度的主要測試數(shù)據(jù)可按表1進行整理匯總，按照附錄A判別銷軸類螺栓連接屈服破壞模式并記載到表1中。表1銷軸類螺栓連接和螺栓孔銷槽承壓強度測試數(shù)據(jù)匯總表試件編號主材試件尺寸/mm側(cè)材試件尺寸/mm螺栓等級螺孔直徑/銷槽承壓強度圓鋼銷連接屈服荷載/螺栓連接屈服荷載/2/3最大荷載/位移10mm時荷載/位移15mm時荷載/破壞類型注：圓鋼銷連接與螺栓連接屈服荷載均采用5%直徑偏移法確定。8.2測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法測試試件樣本從符合研究目的的總體中抽取，并保證抽樣的代表性時，在符合本標準的試驗條件下，假設該樣本符合正態(tài)或近似正態(tài)分布，可取置信水平75%時5%下限分位值和50%下限分位值作為該指標的統(tǒng)計標準值，正態(tài)統(tǒng)計分布置信水平75%時5%下限分位值和50%下限分位值的計算分別如下式：a)正態(tài)統(tǒng)計分布5%下限分位值可按式(2)計算：Tl=xK?S (2)式中：TL?——5%下限分位值；x——測試結(jié)果平均值；K?——與試件數(shù)對應的系數(shù)(5%下限分位值),見表2;S——標準差。表2計算置信水平75%時5%下限分位值的系數(shù)K,取值試件數(shù)量試件數(shù)量33.15242.68152.46462.33672.25182.18992.1422.1042.048GB/T40048—2021b)正態(tài)統(tǒng)計分布50%下限分位值可按式(3)計算：TL?=xK,S………TL?——50%下限分位值；K?——與試件數(shù)對應的系數(shù)(50%下限分位值),見表3。表3計算置信水平75%時50%下