Double-sided punched metal plate timber fasteners present projections on both sides, which offer improved joint fire resistance and better joint aesthetics. In this paper, 3-D nonlinear finite element models were developed to simulate double-sided nail plate fastener timber joints. The models, incorporating orthotropic elasticity, Hill's yield criterion and elasto-plasticity and contact algorithms, are capable of simulating complex contact between the tooth and the timber and between the base plate and the timber in a fastener. Using validated models, parametric studies of the double-sided nail plate joints was undertaken to cover the tooth length and the tooth width. Optimal configuration was assumed to have been attained when increase in nail plate tooth width did not result in a raise in joint capacity, in conjunction with the optimum tooth length. This paper presents the first attempt to model and optimise tooth profile of double-sided nail plate fastener timber joints, which offers rational designs of such fasteners.
Foschi's connector model is used as a basic component in the development of nonlinear analysis programs for timber structures. This paper presents the extension of the model to include the effect of shaft frictional forces. The wood medium is modeled using the Foschi embedment model, while shaft friction is modeled using an elastic Coulomb-type friction model. The initial confining pressure for the case of driven fasteners is accounted for by a lateral shift of the load-embedment curve. The model is used to compute the cyclic response of both driven and inserted fasteners. The results obtained from the cases studied indicate that initial confining pressure and friction do not have a significant effect on the computed hysteretic response, however, they significantly affect the computed amount of fastener withdrawal. This model is particularly well-suited for modeling the hysteretic response of shear walls with moderate fastener withdrawal under lateral cyclic or earthquake loading.
Yilmaz, Semih;Karahasan, Olguhan Sevket;Altunisik, Ahmet Can;Vural, Nilhan;Demir, Serhat
Structural Engineering and Mechanics
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제81권6호
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pp.737-750
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2022
Timber-Concrete Composite construction system consists of combining timber beam or deck and concrete with different connectors. Different fastener types are used in Timber-Concrete Composite systems. In this paper, the effects of two types of fasteners on structural behavior are compared. First, the notches were opened on timber beam, and combined with reinforced concrete slab by fasteners. This system is called as Notched Connection System. Then, timber beam and reinforced concrete slab were combined by new type designed fasteners in another model. This system is called as Notched-Slab Approach. Two laboratory models were constructed and bending tests were performed to examine the fasteners' effectiveness. Bending test results have shown that heavy damage to concrete slab occurs in Notched Connection System applications and the system becomes unusable. However, in Notched-Slab Approach applications, the damage concentrated on the fastener in the metal notch created in the slab, and no damage occurred in the concrete slab. In addition, non-destructive experimental measurements were conducted to determine the dynamic characteristics. To validate the experimental results, initial finite element models of both systems were constituted in ANSYS software using orthotropic material properties, and numerical dynamic characteristics were calculated. Finite element models of Timber-Concrete Composite systems are updated to minimize the differences by manual model updating procedure using some uncertain parameters such as material properties and boundary conditions.
In this study, the bending behavior of cross-laminated timber (CLT) connected by nails were investigated. Especially, the load-carrying capacity of the nail-jointed CLT under out-of-plane bending was predicted by the lateral resistance of the used nails. Three-layer nail-jointed CLT specimens and a nail connection were manufactured by 30 mm (thickness) ${\times}$ 100 mm (width) domestic species (Pinus koraiensis) laminas and Ø$3.15{\times}82mm$ nails using a nail-gun. Shear test for evaluating the nail lateral resistance and bending test for evaluating the load-carrying capacity of the nail-jointed CLT under out-of-plane bending were carried out. As a result, two lateral resistance of the used nail, the 5% fastener offset value and the maximum value, were 913 N and 1,534 N, respectively. The predicted load-carrying capacity of the nail-jointed CLT by the 5% offset nail lateral resistance was similar to the yield points on the actual load-displacement curve of the nail-jointed CLT specimens. Meanwhile, the nail-jointed CLT specimens were not failed until the tension failure of the bottom laminas occurred beyond the maximum lateral resistance of the nails. Thus, the measured maximum load carrying capacities of the nail-jointed CLT specimens, approximately 12,865 N, were higher than the predicted values, 7,986 N, by the maximum nail lateral resistance. This indicates that the predicted load-carrying capacity can be used for designing a structural unit such as floor, wall and roof able to support vertical loads in a viewpoint of predicting the actual capacities more safely.
To evaluate the bearing strength of red pine cross-laminated timber (CLT) with self-tapping screw (STS), which is widely used as a fastener for connection in CLT building, the bearing test was conducted. Accoring to the STS's diameters (8, 10, 12 mm), the bearing test specimens with half hole were manufactured. Bearing strength was compared and reviewed in consideration of the configuration in STS and the loading direction to the grain of red pine. As a result of the bearing test on the STS's diameter, the yield bearing load increases as the larger diameter of the STS in all directions of the red pine. The bearing strength of the thread part (thread + tip) was higher than the shank part (shank + shank cutter). In compared with the directions to the grain of red pine, the bearing strength of the cross section parallel to the loading direction was the highest, and the tangent section was the lowest bearing strength. The average bearing strength of the loading direction in parallel to the grain was 23.43 MPa, which was about 45% higher than the average 16.16 MPa in perpendicular to the grain. The predicted bearing strength calculated by Eurocode (EN) and Korean Building Code (KBC)'s equation was lower than the experimental value. It is nessesary to propose the new equations of bearing strength reflected the configuration information of STS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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