现代木结构建筑强节点弱构件的设计理念，使节点连接成为木结构研究中的重要环节。以圆钉、螺钉、螺栓、销等为代表的销轴类连接件，因具有良好的韧性和安全可靠性且在现代重型木结构中得到了广泛应用。许多国家的木结构建筑连接中，因螺钉具有无需预钻孔、对构件损伤小、可抑制地面摩擦、施工效率高等特点，出现了代替钉子的趋势。自攻螺钉被广泛认为是用于木结构最先进的连接技术，多用于在钢结构的冷弯薄壁型钢的抗剪连接中，由于其在木材中优异的锚固性能，受到国内外大量学者的关注。目前国内木结构建筑产业尚在起步阶段，对木构件连接节点的研究大多集中在试验分析，而理论研究较少且研究对象多为螺栓连接。木结构自攻螺钉连接方面的研究以国外研究居多，国内方面阙泽 利等研究了改变导孔直径对规格材握钉力的影响；研究了盐溶液处理对自攻螺钉在规格材中握螺钉力的影响。
CLT板通常由奇数层组成，层板之间彼此正交，同一层内有可能进行相邻层板的窄面粘合也有可能不进行粘合，在没有粘合的情况下可能会产生缝隙。CLT板通常会在侧面进行粘合，形成刚性复合元件。由于CLT独特的组坯方式，使自攻螺钉连接CLT板时不同于其他线性单元构件，例如使用自攻螺钉钉入CLT板侧面和窄面会对连接性能产生很大影响，钉入窄面缝隙时，会大大降低其轴向承载力，从而降低其连接性能。因此CLT连接中多采用一定的角度钉入，而采用何种直径的自攻螺钉、何种角度打入，以及何种连接形式对CLT的连接至关重要。目前欧洲评估文件允许外层的间隙宽度在4?mm以下，内层间隙的宽度在6?mm以下。在CLT连接节点设计时，首先应考虑紧固件插入CLT的侧面还是窄面，再考虑间隙和应力释放的影响，其原因是紧固件插入缝隙中会削弱连接性能，尤其是顺纹方向插入窄面的紧固件。
单个紧固件在CLT中的锚固潜力，例如销槽承压强度和抗拔强度，是用于CLT连接件的开发和用自攻螺钉或（自钻）销钉等的基本参数。为此，本研究探讨自攻螺钉以不同角度钉入CLT侧面对抗拔性能的影响，并考虑了插入侧面第一层层板与层板之间的拼接缝对抗拔性能的影响。
1??试验材料和方法
1.1??试件制作
本试验的试件是由35 mm厚层板正交组坯而成的五层CLT（在江苏省惠优林集成建筑科技有限公司加工），树种为道格拉斯松（Pseudotsuga menziesii），又名花旗松，产自加拿大。制作前先对规格材进行窄面和侧面刨光，然后进行目测分等–指接–横截–组坯–涂胶–冷压–裁边，最后切割成尺寸为175mm×172mm×172mm的试件。花旗松密度为540?kg/m3，含水率为12.8%，胶粘剂为单组分聚氨酯PUR，压制压力为1.2?MPa，压制时间为4?h。自攻螺钉为国产美固全螺纹自攻螺钉（ l =140?mm, d =6?mm），螺钉外形如图1所示，参数见表1。
图1??自攻螺钉
表1??自攻螺钉主要性能参数
注：来自上海美固澄梵紧固件有限公司美固技术手册。
1.2??试验方法
研究不同钉入角度（90°, 75°, 60°, 45°）对握钉力的影响，并以90°为例研究是否钉入第一层拼接缝对握钉力性能的影响。根据 LY/T 2377—2014《木质结构材料用销型连接件连接性能试验方法》中规 定，横纹方向需满足钉间距、边距不小于5 d ，顺纹方向需满足钉端距不小于10 d 的要求，确定如图2所示的安全距离，在安全区域中选择N1, N2, Y1为一个试件进行的3次试验。其中N1和N2为无拼接缝的点，Y1为插入拼接缝的点。不同角度的试件数量见表2。
图2??试验点位置示意
表2??不同角度的试件数量
参考 BS EN 1382采用10t三思力学试验机（型号为 UTM5105）进行试验加载，90°加载装置如 图3（a）所示，实景如图3（c）所示。斜螺钉的加载装置如图 3（b） 所示，实景如图3（d）所示。试验开始后以3?mm/min匀速加载至最大荷载屈服的80%时停止试验，试验结束后记录试验现象。然后用试验机拔出自攻螺钉，观察其破坏现象与破坏范围的变化并记录最大荷载，拔出强度由公式（1）计算得到。刚度、延性、能量耗散由软件PickPoint 3.292计算得到。
（a） （b）
（c） （d）
图3??试验加载装置
（a）90°钉入示意；（b）斜螺钉钉入示意；（c）90°钉入实景；（d）斜螺钉钉入实景
f w = F max / （ d · l p ） （1）
式中： f w 为试件的拔出强度（N/mm）； F max 为最大荷载（N）； d 为销类连接件直径（mm）； l p 为钉槭入木构件的深度（mm）。
2??试验结果与分析
2.1??破坏模式
在加载过程中，45°, 60°, 75°, 90°握钉力试验分别在18~20s, 20~25s, 25~30s, 28~35s 之间出现木材嘶嘶声。试验现象如图4~7所示，当加载至荷载值下降到极限承载力的 80%时，不同角度试件木材表面均发生翘起并伴随着顺纹撕裂破坏。当拔出全部自攻螺钉时，因自攻螺钉螺纹与木材咬合致使木材表面进一步撕裂，破坏范围增大并带出大量木屑，其中45°和60°带出木屑最多，几乎包住自攻螺钉与木材接触部位的全部螺纹，75°和90°则较少。自攻螺钉被拨出后，木材对自攻螺钉的作用失效。自攻螺钉螺纹出现了较少的磨痕（图7f）。对 90°握钉力是否插入第一层拼接缝而言，插入缝隙的 Y1明显比没有插入缝隙的N1和N2 破坏范围小。
（a） （b） （c）
图4??45°钉入试验现象
（a）下降到极限承载力80%时；（b）全部拔出后； （c）全部拔出后木材破坏
（a） （b） （c）
图5??60°钉入试验现象
（a）下降到极限承载力80%时；（b）全部拔出后； （c）全部拔出后木材破坏
（a） （b） （c）
图6??75°钉入试验现象
（a）下降到极限承载力80%时；（b）全部拔出后； （c）全部拔出后木材破坏
（a） （b） （c）
（d） （e） （f）
图7??90°钉入试验现象
（a）Y1下降到极限承载力80%时；（b）全部拔出后；（c）木材破坏；（d）N1下降到极限承载力80%时；（e）全部拔出后；（f）钉子破坏现象
2.2??不同钉入角度时抗拔荷载–位移关系
CLT不同钉入角度的荷载–位移关系如图8（a）~ 图8（e）所示，图8（f）为90°钉入的握钉力试验中是否插入第一层拼接缝的对比，（g）为不同钉入角度荷载–位移曲线平均值的对比，因45°, 60°, 75°钉入均为不考虑缝隙影响的试验，故只用90°无缝试件与其相比。
（b）
（c）
（d）
（e）
（f）
（g）
图8??不同钉入角度的荷载–位移曲线
（a）45°；（b）60°；（c）75°；（d）90°无缝；（e）90°有缝；（f） 90°有缝与无缝对比；（g）不同钉入角度荷载–位移对比
由图8（f）可知，当插入CLT第一层拼接缝时比没有插入缝隙中的试件更早达到极限承载力，且最大值相差不大。
由图8（g）可知，4个角度变化规律类似，均为以一定的斜率直线上升，达到最大承载力时缓慢下降，而90°钉入下降的坡度更陡，60°钉入承载力下降比其他角度小且坡度最缓。
2.3??钉入角度对抗拔强度、刚度、延性和能量耗散的影响
最大承载力（ F max ）、最大承载力对应的位移（ V max ）、刚度（ K ）、延性系数（ D ）和能量耗散（ Energy ）由PickPoint软件分析获得，软件计算刚度的原理为依据公式 k ser = （ 0.4 F est –0.1 F est ） / （ v 0.4 – v 0.1 ） 获得。 延性系数依据 D = v u / v y 获得， v u 为最大容许滑移量，即与最大容许荷载相对应的滑移量。 v y 为屈服时的滑移，即与屈服荷载对应的滑移,得到的结果见表3。
表3??不同角度的各种握钉性能数据分析
由表3可知，对90°是否钉入拼接缝承载力而言，未钉入缝隙中的承载力略大于钉入缝隙，但只增加1.8%，二者相差不大。
对刚度而言，钉入拼接缝的刚度比未钉入缝隙中大29%，说明当自攻螺钉以相同角度钉入0拼接缝中时，会在一定程度上增加其刚度。
二者的荷载位移曲线也表明了这一点，钉入缝隙中的荷载–位移曲线最先达到最大承载力，斜率较大，刚度较大。
比较二者的延性即连接在强度未大幅降低的情况下，承受塑性变化中形变大小的能力，可知插入 0缝隙中的延性大于未插入缝隙中的延性，但其耗能却相对较小。
通过表3可知，自攻螺钉不同钉入角度对其各项握钉性能的影响，对抗拔强度而言，90°和75°仅相差0.7%，几乎相同。而60°则表现出了相对降低的趋势，45°高于60°，小于90°和75°。
对刚度而言，以90°为最大，其次依次为75°, 45°, 60°, 90°刚度分别是75°, 60°, 45°的1.13倍、1.58倍、1.35倍。
对延性系数而言，90°与75°只相差2.5%，相差不大，且均大于60°和45°的延性系数，其中60°延性相对最低。
通过比较，4个角度的能量耗散值可知，75°耗能最大，其次是90°，45°略大于60°的能量耗散，只增加了4.5%。耗能最大的75°是耗能最小的60°的1.44倍。
相比较而言，不同角度各种握钉性能参数，以75°握钉性能最佳。在地震多发地带，只用自攻螺钉连接CLT时，建议使用90°和75°连接角度。
3??结论
（1）对于90°是否钉入拼接缝而言，未钉入缝隙中的承载力比钉入缝隙的只增加1.8%，二者相差不大。但当自攻螺钉以相同角度钉入0拼接缝中时，会在一定程度上增加其刚度。
（2）插入0拼接缝中的延性大于未插入缝隙中的延性，但其耗能却相对较小。对抗拔强度而言，自攻螺钉不同钉入角度，90°和75°几乎相同，60°最小，45°大于60°，小于90°和75°；对刚度而言，以90°为最大，其次从大到小依次为75°, 45°, 60°。对延性系数而言，90°与75°相差不大，且均大于60°和45°，其中60°延性相对最低；75°耗能最大，其次是90°，45°略大于60°的能量耗散，但只增 加4.5%。
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