This study compares two prominent design provisions, National Design Specification (NDS) and Eurocode 5, on load-carrying capacity calculations and failure analysis for mortise-tenon joints. Design procedures of double-shear connection from both provisions were used to calculate load-carrying capacity of mortise-tenon joints with eight different bolt sizes. From this calculation, the result was validated using finite element analysis and failure criteria models. Although both provisions share similar failure modes, their distinct calculation methods significantly influence the design load-carrying capacity values. Notably, Eurocode 5 predicts a 6% higher design load-carrying capacity for mortise-tenon joints with varying bolt diameters under horizontal loads and 14% higher under vertical loads compared to NDS. However, the results from failure criteria models indicate that NDS closely aligns with the actual load-carrying capacity. This indicates that Eurocode 5 presents a less conservative design and potentially requires fewer fasteners in the final timber connection design. This evaluation initiates the potential for the development of a wider range of timber connections, including mortise-tenon joints with wooden pegs.
Jeong, Gi Young;Park, Moon-Jae;Park, Joo-Saeng;Lee, Sang-Joon
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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제41권5호
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pp.415-424
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2013
The goal of this study is to analyze the effects of geometries of mortise and tenon on moment carrying capacity of the "sagae" connection. Effects of different tenon widths, mortise depths of connection from the top and bottom beams on stress distribution were investigated using the finite element method (FEM). Critical normal and shear stresses occurred at the reentrant corner from the mortise of the bottom beam. The maximum moment carrying capacity of the sagae connection from the FEM was validated from the results of experimental test. Maximizing moment carrying capacity of the sagae connection was found when the tenon width and mortise depth from the two beams were 40 mm and 60 mm, respectively.
He, Jun-xiao;Wang, Juan;Yang, Qing-shan;Han, Miao;Deng, Yang
Structural Engineering and Mechanics
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제77권4호
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pp.509-521
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2021
The neighbouring gaps at the mortise-tenon joint in traditional timber structure, which leads to the complexity of the joint, are considered to impair the mechanical performance of the joint. In this paper, numerical simulation of loose joint was conducted to examine the deformation states, stress distributions, and bearing capacities, which was verified by full-scale test. On the basis of the experimental and numerical results, a simplified mechanics model with gaps has been proposed to present the bending capacity of the loose joint. Besides, the gap effects and parameter studies on the influences of tenon height, friction coefficient, elastic modulus and axial load were also investigated. As a result, the estimated relationship between moment and rotation angle of loose joint showed the agreement with the numerical results, demonstrating validity of the proposed model; The bending bearing capacity and rotational stiffness of loose joint had a certain drop with the increasing of gaps; and the tenon height may be the most important factor affecting the mechanical behaviors of the joint when it is subjected to repeated load; Research results can provide important references on the condition assessments of the existing mortise-tenon joint.
To study the effect of looseness on mechanical behavior of dovetail mortise-tenon joints, five dovetail mortise-tenon joints, including one intact joint and four loose joints, were fabricated and tested under cycle lateral loadings, and non-linear finite element models using the software ABAQUS were also developed. The effects of looseness on stress distribution, rotational stiffness and bearing capacity of joints were studied based on the analysis of test and simulation results. The results indicate that the hysteretic loops are anti-Z-shaped and present typical characteristics of pinching and slippage, the envelop curves of joints are classified as following two stages: elastic and strengthening stage. The peak stress, rotational stiffness and bearing capacity of joints were reduced due to looseness. The moment-rotation theoretical model of intact joint was simplified in terms of the relation of construction dimensions for buildings, and the moment-rotation theoretical model considering the effect of looseness was proposed and validated.
Recently, interest in wooden construction have been growing by increasing needs and demands for eco-friendly and traditional wooden building(Hanok). Especially, Hanok has the technical development in manufacturing the mortise-tenon joint without fasteners(precut), so it could be called to modernization, industrialization and popularization. But the structural design and analysis of the structure were not regulated and had the difficulty to consider the variation of wooden member and to conduct the difficulty in the structural analysis and the design of the joint. In this study, the stiffness ratio of wooden mortise and tenon joint was evaluated according to the vertical loading, lintel and loading speed. The joint was distinguished in semi-rigid joint regardless of their factors. The stiffness ratio was 0.40 in vertical loading, 0.50 without vertical loading and 0.44 in horizontal loading with high speed. This study would be utilized to the structural analysis and design with structural analysis and design program.
Based on the shaking table tests of a 1:3.52 scale one-bay and one-story ancient wooden structure, a simplified structural mechanics model was established, and the structural state equation and observation equation were deduced. Under the action of seismic waves, the damage rule of initial stiffness and yield stiffness of the joint was obtained. The force hammer percussion test and finite element calculations were carried out, and the structural response was obtained. Considering the 5% noise disturbance in the laboratory environment, the stiffness parameters of the mortise-tenon joint were identified by the partial least squares of singular value decomposition (PLS-SVD) and the Extended Kalman filter (EKF) method. The results show that dynamic and static cohesion method, PLS-SVD, and EKF method can be used to identify the damage degree of structures, and the stiffness of the mortise-tenon joints under strong earthquakes is reduced step by step. Using the proposed model, the identified error of the initial stiffness is about 0.58%-1.28%, and the error of the yield stiffness is about 0.44%-1.21%. This method has high accuracy and good applicability for identifying the initial stiffness and yield stiffness of the joints. The identification method and research results can provide a reference for monitoring and evaluating actual engineering structures.
Park, Chun-Young;Kim, Hyung-Kun;Lee, Jun-Jae;Kim, Gwang-Chul
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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제41권2호
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pp.100-104
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2013
Bearing occurs by the rotations of members induced from horizontal or vertical load at traditional wooden joint in frame. The bearing between wooden members is not occurring at the whole surface of joint, but occurring only at the particular bearing area. In this study, partial bearing according to the different grain direction was evaluated. The partial compressive strength showed 3 times higher than pure compressive strength perpendicular to grain, 1.5 times higher than parallel to grain and 3.3 times higher than both of them. It is expected that this result can be very importantly applied when evaluating and analyzing the actual behavior of traditional wooden mortise and tenon joint.
고강도 경량 격자 구조는 항공우주, 자동차 등 여러 분야에서 점점 더 주목받고 있다. 융합 적층 성형(FDM)은 격자 구조 제작에서 중요한 장점을 지닌 널리 사용되는 적층 제조 기술이다. 그러나 층간 적층 현상은 FDM으로 형성된 격자 구조의 기계적 특성에 영향을 미치며, 격자 구조의 매개변수와 기계적 특성 간의 관계를 확립하는 것이 어렵다. 본 논문에서는 FDM 기술을 사용하여 각기 다른 각도 𝜃, 높이 h, 두께 t를 가진 23개의 짜임 및 장부 격자 구조(MTLS)를 준비하고, 준정적 압축 시험을 수행했다. 인공 신경망(ANN)을 사용하여 격자 구조의 비에너지 흡수(SEA)를 예측하는 모델을 구축하였고, 실험을 통해 예측 모델의 정확성을 검증했다. 결과에 따르면, MTLS의 SEA는 𝜃가 증가함에 따라 감소하며, t가 증가하고 h가 감소할 때 SEA는 처음에 증가하다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 3-7-1 구조의 ANN으로 예측된 SEA 값은 실험 값과 잘 일치하였고, ANN 도구는 기존 데이터를 기반으로 한 격자 구조 에너지 예측에 유리한 도구로 검증되었다.
This study examines the joint and splice of wooden structure at Geunjeongjeon Hall of Gyengbok Palace, which was constructed in the late Joseon Dynasty. The scope of the study is on the part of columns, the bracket sets, and the frame structure. This research also deals with the relationship between vortical load and horizontal load. Firstly, the examination of the joint and splice methods between the pillar and penetrating ties is on the joint and splice methods of the outer and corner. Through the investigation, it is verified that the joint methods between pillar and penetrating tie on the outer and corner pillars is the method of Sagal joints(cross joints, 사개맞춤). Joints used between pillar and penetrating tie are dovetailed tenon joints, between columns and Anchogong(안초공), between columns and Choikgong(초익공) are tenon joint(장부맞춤). Secondly, the examination of the joint and splice methods of the bracket set is on that of Salmi and Cheomcha(첨차), and Salmi and Janghyeo(장혀). Joints used between Salmi and Cheomcha, Salmi and Janghyeo are halved joint, and between each Janghyeo are stepped dovetailed splice. It is Cheomcha that is used the Jujang-Cheomcha(주장첨차) on center line. Therefore it is connected with each bracket set, which gets to is the strong system, easy and convenient on the construction of that. Thirdly, the frame structure of wooden architecture in royal palace is consist of purlins and beams, Janghyeo(장혀, timber under purlin), tall columns, king posts, etc. Through the investigation, it is verified that the joint and splice methods between purlins and beams are used with the methods of Sungeoteok joint(숭어턱맞춤). It is verified that the joint and splice methods between beams and high columns are used with methods of mortise and tenon joint(장부맞춤), is highly related with tensile force. To reduce the separation of parts, sangi(산지) and tishoi(띠쇠) are used as a counterproposal, which were generally used for architecture in royal Palaces in the late Joseon Dynasty and continued to be used until these days common wooden architecture.
This study intended to explore English of furniture tenn in relation to the joints and moldings in traditional Korean wood furniture, a base of Korean wood furniture, for the development of Korea furniture in the future. The joints such as butt joint, rabbeted joint, mitered joint, mortise-and-tenon joint, fist joint, and finger joint, and the moldings such as a piece of thread molding, half-circle molding, cove molding, flat molding, and triangle molding were analyzed between English and Korean language. The results were only basic terms which must be researched and unified in the traditional Korean furniture. Therefore, the terms in relation to the types, the details, the hardware, and so on, will have to be studied in terms of the meaning originated from the traditional craftsmen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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