木结构剪力墙木钉连接抗侧性能研究：实验与有限元分析揭示环保连接技术潜力

针对金属连接件在木结构中存在的腐蚀和可持续性问题，研究人员通过64组木钉连接试件的单调加载试验和OpenSees有限元模拟，系统研究了OSB/SP覆面板材料、厚度（9.5/12 mm）、木钉直径（3.7/4.7 mm）、间距（50/100 mm）及钉帽配置对节点力学性能的影响，发现SP覆面板比OSB具有更高承载力（1889.07 N），双面覆板剪力墙W-O12-D的极限荷载提升66.79%，为绿色木结构连接技术提供了实验依据。

　　

随着现代建筑对可持续性需求的提升，木结构因其碳封存能力和可再生特性备受青睐。然而传统金属连接件面临严峻挑战：在湿热环境中易发生不可逆腐蚀，与木材的电化学反应会导致双重材料劣化，金属与木材的热工性能差异还会引发热桥效应，更棘手的是异质材料回收困难。这些问题严重制约了木结构的全生命周期可持续性。在此背景下，南京林业大学材料科学与工程学院的研究团队将目光投向了一种创新解决方案——通过树脂浸渍压缩成型技术制造的密实化木钉（密度达1280 kg/m³），这种环保连接件不仅耐腐蚀性能优异，其抗拔强度更是金属钉的4倍。

研究人员在《Journal of Bioresources and Bioproducts》发表的研究中，采用了两大关键技术手段：一是参照ASTM标准对64个木钉连接试件进行单调加载试验，测试参数涵盖覆面板类型（OSB/SP）、厚度、木钉直径及间距；二是基于OpenSees平台建立全尺寸木框架剪力墙有限元模型，采用考虑滞回行为的DowelType本构模型，模拟了单/双面覆板等6种构造形式在单调和低周反复荷载下的响应。

研究结果揭示了一系列重要发现：

1. 材料特性影响：SP覆面板试件P12-4.7展现出1889.07N的极限承载力，较OSB试件O12-4.7提升36.3%，这归因于SP更高的弹性模量（6640.65 MPa vs OSB的4560.38 MPa）。

2. 几何参数效应：增大木钉直径使O9-4.7试件刚度达1331.67 N/mm，较3.7mm直径试件提升77.1%；覆面板厚度增至12mm使延性系数η提高至3.74。

3. 构造优化：50mm密间距布置使O12-4.7-50试件承载力达2507.91N，较100mm间距试件提升11%。

4. 有限元分析：双面覆板剪力墙W-O12-D表现出39.93kN极限荷载，较单面构造提升66.79%，其能量耗散能力是后者的2.77倍。

这项研究的重要意义在于：首次系统论证了木钉连接在剪力墙中的应用潜力，建立了考虑材料-几何-构造多参数耦合的力学模型。特别是发现通过优化覆面板类型（优选SP）和构造（双面布置），配合4.7mm木钉与50mm间距，可使木钉连接达到与金属钉相当的抗震性能（延性系数3.65）。这些成果为发展完全可回收的木结构连接体系提供了关键技术支撑，对推动建筑业低碳转型具有重要价值。研究也指出未来需补充循环加载试验数据，以更全面评估木钉连接的滞回特性。