(高清版)GBT 40048-2021 木质结构材螺栓连接力学性能测试方法

GB/T40048—2021木质结构材螺栓连接力学性能测试方法国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T40048—2021本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由国家林业和草原局提出。本标准由全国木材标准化技术委员会(SAC/TC41)归口。明红堂工艺品有限公司、德华兔宝装饰新材股份有限公司、中国林业科学研究院林业新技术研究所、东莞华科东尼仪器有限公司、深圳市造源景观旅游规划设计有限公司、广东润成创展木业有限公司。1GB/T40048—2021木质结构材螺栓连接力学性能测试方法本标准规定了木质结构材螺栓连接力学性能以及螺栓孔销槽承压强度等测试方法。本标准适用于通过单个螺栓紧固件将至少一个木质结构材构件和另外至少一个任意材料构件连成2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文GB/T1931木材含水率测定方法GB/T1933木材密度测定方法GB50005木结构设计标准GB/T50329木结构试验方法标准GB/T50708胶合木结构技术规范LY/T3041木结构金属紧固件连接循环荷载性能测试方法3.1螺栓连接boltedjoints通过单个螺栓紧固件将至少一个木质结构材构件和另外至少一个任意材料(通常是木质结构材或钢板或混凝土)构件连成一体的连接方式。3.3单剪连接singleshearjoints3.4双剪或多剪连接doubleshearor3.5木质结构材螺栓孔投影单位面积承受螺栓紧固件压缩荷载。3.62GB/T40048—2021伸荷载)的力学性能，主要包括强度和刚度。4符号4.1几何参数e₁——在平行于木质构件表层木材顺纹方向，距离端头最近的紧固件中心到端头的距离，简称端e₂——在垂直于木质构件表层木材顺纹方向，距离边缘最近的紧固件中心到边缘的距离，简称边4.2力学性能S-—相对位移或滑移，mm5基本要求5.1.1.1按照测试目标的要求选取有代表性的木质结构材产品加工试件，并且在紧固件附近不应有影响测试性能的明显缺陷，通常选择直纹理、无节木材产品作为试件，而木质材料产品试件宜根据加工特性选取；如果需要研究缺陷对连接性能的影响，可有目的选择包含缺陷的试件。5.1.1.2在进行测试之前，构件平衡含水率至少应满足下列条件之一。a)木构件应在温度为(20±2)℃和相对湿度(65±5)%的条件下保持质量相对稳定。b)达到最终使用地点或施工地点的平衡含水率。c)在研究含水率和温度对连接性能影响时，通过恒温恒湿箱调节达到研究要求的稳定含水率和温度并在测试过程中始终保持。5.1.1.3在测试之前，在代表性等级规格尺寸的木质结构材产品中随机选取试件或密度范围进行分组选取试件。5.1.2螺栓紧固件和钢板构件螺栓紧固件应包括螺杆、及其配套的螺母和垫圈，螺栓应符合GB50005以及GB/T50708等标准规范要求的非全螺纹螺杆，和构件接触的螺杆中间部位应为无螺纹的光杆，螺杆两端为螺纹或一端螺栓头、一端螺纹，所有螺母或螺栓头与构件表面之间应安装垫圈。采用钢垫圈时，垫圈的厚度不应小于直径或者边长的1/10,且不应小于螺栓直径的30%。方形垫圈的边长不应小于螺杆直径的3.5倍，圆GB/T40048—2021形垫片的直径不应小于螺杆直径的4倍。每个测试试件中螺栓紧固件和钢板构件不得重复使用。条件变量，可根据结构材连接性能变异系数确定合理的试件抽样重复数，相同配置条件试件重复数至少5个～10个，通常至少10个，条件许可时试件重复数尽可能多。5.2测试设备5.2.1力学试验机或其他加载设备应能满足测试加载要求，测定荷载示值精度到士1%。5.2.2试件压缩荷载加压头宜配置相应的球铰支座。5.2.3试件拉伸荷载时配置的加载头能夹紧试件且配备万向节以便加载过程中保持沿试件轴向进行拉伸加载。5.2.4位移测量设备，加载过程中能够实时准确测量螺栓连接构件之间相对位移或滑移，应在销轴两端部位分别使用一个以上的位移测量设备，位移测量示值精度±1%。5.2.5木构件试件尺寸量具测量精度1mm,螺栓紧固件直径的测量精度为0.02mm,长度测量精度为5.2.6GB/T1933规定的测定木材密度的试验设备和GB/T1931规定的测定含水率的试验设备。6螺栓孔销槽承压强度测试6.1螺栓孔销槽承压强度试件应和螺栓连接采用性质相同或相近的木结构材试件。为保证在加工及测试过程尽可能不发生劈裂，半孔法试件(如图1所示)最小尺寸应为：试件厚度(t)不小于38mm和2d两者中较小值，试件宽度(w)和试件长度(1)均不小于50mm和4d两者中较大值，实际试件采用尺寸应尽可能大于上述最小尺寸以避免测试中销槽承压部位发生开裂。图1半孔法销槽承压试件6.2半孔法试件的销槽孔径应不小于紧固件直径，且相差不应大于1.6mm。试件加工过程如下，如图2所示。a)沿着锯切线将试件在标注的螺栓孔处切开；b)一定压力夹紧两块试件使之不会发生松动；c)在标注螺栓孔的位置钻出引导孔；d)将紧固件插入引导孔；e)取下夹具和小试块，保留紧固件插入半孔的试件。34GB/T40048—2021锯切线图2半孔法试件加工6.3可采取如图3所示装置进行测试。测试时，应确保试件放置于平整的台面，加载过程中必须确保螺栓紧固件不发生弯曲，2个位移计分别测量紧固件两端的位移变化。图3半孔法测试图6.4推荐位移加载速度为1mm/min±50%,加载程序为匀速连续加载进行加载，加载通常应在达到最大荷载后下降到最大荷载80%以下或位移达到0.5倍螺栓孔直径时停止加载，施加荷载后开始测量沿加载方向紧固件两端的位移变化，连续记录完整的荷载和位移数据，绘制荷载-位移曲线。6.5依据实测数据绘制获得荷载-位移曲线初始直线段，平行于初始值线段沿横坐标向右偏移距离为5%紧固件直径，取该平行偏移直线与荷载-位移曲线交点处对应的荷载作为销槽承压屈服荷载Fy。如果该直线未与荷载-位移曲线相交，则取曲线最大荷载Fmx作为Fy。测试荷载-位移曲线图见图4。按式(1)计算螺栓孔销槽承压强度，计算结果保留3位有效数字。………(1)式中：fe——销槽承压强度，单位为牛每平方毫米(N/mm²);d——螺栓直径，单位为毫米(mm);t———销槽承压试件厚度，单位为毫米(mm)。5GB/T40048—2021荷载屈服荷载F最大荷载比例极限荷载位移图4销槽承压屈服荷载取值示例6.6按照GB/T50329统计方法分析测试数据，也可按8.2计算5%下限分位值作为销槽承压强度的标准值。测试后，立即从测定销槽承压试件靠近螺孔部位截取全断面20mm长的木块1个，按照GB/T1931测定试件含水率，另外截取全断面20mm长的木块1个，按照GB/T1933测定试件气干密度或全干密度，使用显微镜和目视测量试件的年轮宽度。测试报告应包括但不限于以下内容：试件密表面处理情况；连接试件尺寸、紧固件数量及相关细节特征；制作环境与测试环境等；加载设备及程序等；详细的测试数据和测试最终破坏形式等信息。7螺栓连接测试7.1.1按照受剪面数量不同，螺栓连接测试分为单剪、双剪和多剪测试；根据连接构件试件材质不同，通常全部使用木质结构材构件的为木-木连接测试，使用木质结构材和钢材构件的称为木-钢连接测试，常见连接方式及其相应的屈服破坏模式见附录A(图A.1～图A.4)。连接测试主要考虑螺栓孔承载最小边距和边距变化、木结构材含水率、螺栓和金属夹板的性能等任何可能对连接力学性能造成影响的7.1.2木材结构材试件尺寸、螺栓的端距、边距通常应符合GB50005和GB/T50708等规范要求并和实际工程使用的连接状态保持一致具有代表性。在木构件全部螺栓节点部位螺孔处不应出现裂缝，使用钢板、木质结构板等板材时，应合理设计主侧构件厚度，以免发生过早破坏。木-木连接测试中，侧材厚度至少为主材的一半，主、侧材的长度和宽度选择应考虑端距和边距的影响。木-钢连接时，钢板型号和厚度应和实际工程使用的保持一致，当钢板厚度小于或等于螺栓直径0.5倍时为薄钢板类型，而厚度大于或等于螺栓直径时为厚钢板类型。沿顺纹荷载作用时，受力端和非受力端最小端距分别为紧固件直径的7倍和4倍；沿横纹荷载作用时，受力端和非受力端最小端距分别为紧固件直径的4倍和1.5倍。为了研究端距和边距尺寸参数对连接性能的影响，可不考虑上述要求。7.1.3对于螺栓直径小于12mm的螺栓孔直径宜大于螺栓直径不超过0.8mm,对于螺栓直径大于12mm的螺栓孔直径大于螺栓直径不超过1.6mm。安装螺栓时先用手拧紧后使用扭力扳手将所有螺栓连接的螺帽拧紧到预先设置的同一批次扭矩值即可停止。安装圆钢销时，将木孔和钢板孔位置调节到基本一致时用木棰敲入。构件接触的螺栓中间部位应为无螺纹的光杆，螺母拧紧后螺栓外露长度不应小于螺杆直径的80%,且外露丝扣不应少于2扣。螺栓连接试件安装完成后通常在1h内完成测试，除非特意设定时间延迟测试。7.1.4双剪及多剪测试的试件外形应对称。对于单剪测试等不对称试件，施加荷载时，试件可能会横6GB/T40048—2021向偏移，使用一个无摩擦的滚轮横向支撑进行限位。位移计应固定在合适位置能够实时准确测量加载过程中螺栓连接构件之间相对滑移且固定部位自身变形尽可能小。7.1.5为了与GB/T50329规定的两端不紧固的圆钢销连接试验保持可比性，在螺栓连接测试前取相同配置和数量的木质结构材试件按照GB/T50329做相同直径圆钢销连接对照测试，并按照7.5.2规定的5%直径偏移值确定圆钢销屈服荷载值。特别对于钢-木-钢螺栓连接时由于螺栓紧固增强效应导致在荷载-位移曲线中初始屈服点不明显，通过解析螺栓连接荷载-位移曲线获得屈服荷载通常比相同配置的圆钢销连接屈服荷载高很多。7.1.6条件许可时尽可能采用受拉方式进行木质构件螺栓连接承载力测试，更具有代表性，也可按照受压方式进行螺栓测试，在进行受拉方式测试时，应使用万向节或其他类似装置保持沿试件轴向加载，同时试件夹紧部位应远离螺栓测试破坏处；在进行压缩方式测试时，应使用球面支座或其他类似装置。本标准主要采用单向单调加载，也可按照LY/T3041标准中规定的单向往复或双向(拉-压)循环往复加载的方式进行测试。7.1.7同一连接配置条件重复试件数量不应小于5个～10个，通常不小于10个，宜采用相同类型和相同等级尺寸的螺栓紧固件和钢板，且每个测试试件中螺栓紧固件和钢板构件不得重复使用。可用于单调加载或循环加载，当按照LY/T3041标准进行往复加载时，可另取1个对照重复试件用于单调加载以获得极限位移(滑移)和屈服位移(滑移)。7.1.8本标准主要适用于单个螺栓构成连接节点，当需要测试两个以上螺栓构成连接节点力学性能多个螺栓的整体块剪效应和群栓组合折减系数。7.2单剪连接7.2.1根据使用构件的不同，分为木-木单剪测试和木-钢单剪测试。木-木单剪测试，通常由两个木构件和紧固件组装而成，根据荷载作用方向与木材纹理夹角不同分为顺纹、横纹及任意角度的木-木单剪连接；木-钢单剪测试是使用钢板作为侧材构件进行的测试。7.2.2顺纹单剪测试试件组装，首先将两木构件在顺纹方向上部分重叠，其重叠长度至少是2倍端距；然后在木构件重叠部分中心安装紧固件，形成螺栓连接节点试件，如图5所示。7.2.3横纹单剪测试试件组装，首先将两木构件形成T形，然后在木构件重叠部分中心安装紧固件，横纹构件两支撑点或夹紧点外侧间距至少为横纹构件高度3倍，加载方向与主材构件木纹理方向保持垂直，如图6所示。7.2.4带纹理角度的单剪测试试件组装需垫高水平试件一侧，使两试件呈现测试所需夹角即可，推荐7.2.5选择合适的加载速度匀速加载，加载方向如图所示(实线箭头表示压缩测试，虚线箭头表示受拉测试),应在5min到20min以内，通常约10min左右达到最大荷载(推荐位移加载速度为1mm/min±50%),对于压缩荷载，测试可以在加载方向木构件间的总相对位移值达到15mm时停止加载，记录7GB/T40048—2021说明：表示木材顺纹方向；斜纹表示钢板。8GB/T40048—20217.3.2双剪测试试件组装如图8～图11,按照7.2.2～7.2.4单剪测试对于试件的各项规定。大荷载(推荐位移加载速度为1mm/min±50%),对于压缩荷载，可以在加载方向木构件间的相对位荷载。9GB/T40048—2021图9木(顺纹)-木(横纹)-木(顺纹)构件、钢-木(横纹)-钢双剪连接测试示意图图10木(横纹)-木(顺纹)-木(横纹)构件、木(横纹)-钢-木(横纹)双剪连接测试示意图GB/T40048—20217.4测试完成后，立即从连接节点木材或木质材料试件靠近螺孔部位截取全断面20mm长的木块1个，按照GB/T1931测定试件含水率，7.5.1在荷载-位移曲线上可以得到连接屈服时屈服荷载F,及其对应的屈服相对滑移Sy、最大荷载Fmax及其对应的最大相对滑移Smx、2/3最大荷载2/3Fm及其对应的2/3相对滑移S₂/3max等连接节点7.5.2通常按照5%紧固件直径平行偏移法确定屈服荷载：如图12所示，若荷载位移曲线初始段非线性明显，连接曲线上0.1倍和0.4倍最大荷载对应的点，形成直线的斜率即为初始刚度K;将该直线向右平移5%紧固件直径的距离，其与曲线的交点记为屈服点，对应的荷载为F,屈服荷载，对应的位移为屈服位移Sy。FLFL荷载FxK.F位移图12螺栓连接屈服荷载截取点示意图GB/T40048—20218测试数据汇总和统计方法8.1测试数据汇总螺栓连接和螺栓孔销槽承压强度的主要测试数据可按表1进行整理汇总，按照附录A判别销轴类螺栓连接屈服破坏模式并记载到表1中。表1销轴类螺栓连接和螺栓孔销槽承压强度测试数据汇总表试件编号主材试件尺寸/mm侧材试件尺寸/mm螺栓等级螺孔直径/销槽承压强度圆钢销连接屈服荷载/螺栓连接屈服荷载/2/3最大荷载/位移10mm时荷载/位移15mm时荷载/破坏类型注：圆钢销连接与螺栓连接屈服荷载均采用5%直径偏移法确定。8.2测试数据的统计方法测试试件样本从符合研究目的的总体中抽取，并保证抽样的代表性时，在符合本标准的试验条件下，假设该样本符合正态或近似正态分布，可取置信水平75%时5%下限分位值和50%下限分位值作为该指标的统计标准值，正态统计分布置信水平75%时5%下限分位值和50%下限分位值的计算分别如下式：a)正态统计分布5%下限分位值可按式(2)计算：Tl=xK₁S (2)式中：TL₁——5%下限分位值；x——测试结果平均值；K₁——与试件数对应的系数(5%下限分位值),见表2;S——标准差。表2计算置信水平75%时5%下限分位值的系数K,取值试件数量试件数量33.15242.68152.46462.33672.25182.18992.1422.1042.048GB/T40048—2021b)正态统计分布50%下限分位值可按式(3)计算：TL₂=xK,S………TL₂——50%下限分位值；K₂——与试件数对应的系数(50%下限分位值),见表3。表3计算置信水平75%时50%下