RECOMMANDATION FINALE 3TT-1 :- ,,,

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FINAL RECOMMENDATIONS 3TT-1

Commission mixte RILEM/CIB M6thodes d'essai des bois de construction

Joint committee RILEM/CIB-3TT Testing methods of timber

M~thodes d'essai pour assemblages avec syst~mes d'at taches m~caniques dans des ossatures en bois porteuses

Testing methods for joints wi th mechanical fasteners

in load-bearing t imber structures

0025-5432/1979/328/$ 4.00/�9 BORDAS-DUNOD '32.9

Vol. 12 - N ~ 70 - Mat6riaux et Constructions

A V A N T - P R O P O S

Les recommandations provisoires sur les m~thodes d'essai pour assemblages avec syst~mes d'attaches m~caniques dans des ossatures en bois porteuses ont d'abord 6t6 publi6es dans le volume 10, n ~ 56, de cette revue. Depuis, la Commission a re cu des commentaires; soit directement, soit par I ' interm~diaire du Secr6tariat d ' lSO TC 165,, Structures en bois. Apr~s examen de ces commentaires, la Commission mixte R I L E M / C I B a 61abor~ le texte r~vis6 de cette Recommandation,

SOMMAIRE

O. Introduction.

1. Objet.

2. Champ d'application.

3. Symboles.

4. Conditionnement des 6prouvettes.

5. Forme et dimensions des 6prouvettes.

6. Appareillage.

7. Processus de chargement.

8. Compte rendu des essais.

0. INTRODUCTION

A la suite des d6veloppements intervenus dans le domaine des ossatures porteuses en bois, il devient n~cessaire de faire des essais sur les assemblages avec syst~mes d'attaches m~caniques, afin de connaitre leurs caract~ristiques de r~sistance et de d6formation (glissement).

Cette Recommandation donne quelques principes g~n6raux dont I'observation permet d'(~tablir une compa- raison entre les r~sultats obtenus & partir d'6tudes menses dans diff6rents laboratoires. Des normes pour la d~ter- mination des r6sistances caract~ristiques et des charges permises pour des types particuliers d'attaches m~ca- niques seront produites par CIB-W18.

1. OBJET

On expose dans cette recommandation une m6thode g6n(~rale qui a 6t~ choisie pour d~terminer les caract6- ristiques de r6sistance et de d~formation (glissement) d'assemblages avec syst~mes d'attaches m~caniques. Des processus d~taill6s s'appliquant aux assemblages avec syst~mes d'attaches sp~cifiques feront I'objet d'annexes ~ cette Recommandation (~). Pour quelques types particuliers d'attaches, qui ne figurent pas darts les annexes, par exemple, rivets pour lamell6s-coll~s, il pourra se r~v~ler n6cessaire de modifier le 3rocessus d'essai,

(1) Des annexes comportant les m6thodes d'essai pour les assemblages avec attaches de plaques m6talliques perfor6es, clous et agrafes sont en pr6paration.

330

2. CHAMP D'APPLICATION

Cette Recommandation s'applique aux assemblages avec syst6mes d'attaches m6caniques utilis6s dans les ossatures en bois charg6es statiquement.

Note : Dans le cas de surcharges mobiles en fonction du temps avec des fr~quences sup6rieures d'environ 0,4

la fr6quence propre de la structure, il faut s'attendre & des effets dynamiques.

3. SYMBOLES

F charge appliqu~e (N); Fmax charge maximale (N);

Fes t charge maximale estim6e (N); k module de glissement (N/mm); v glissement d'assemblage (ram).

Les indices pour le glissement d'assemblage v concernent les points d'application de la charge dans la figure 2 et sont d~finis au chapitre 7.

4. CONDIT IONNEMENT DES I~PROUVETTES

II convient d'accorder une grande attention au condi- tionnement du bois avant la fabrication de I'assemblage et aussi au conditionnement en g~n~ral des assemblages avant I'essai.

II faut mener le pr6conditionnement de telle sorte que I'on puisse garantir la similitude des conditions d'essai avec les conditions r6elles qui sont celles de I'assemblage dans la structure. II est important que la teneur en humidit6 puisse exercer une influence conforme

la r6alit6 sur les propri~t6s de r6sistance du bois et I'apparition d'ouvertures, etc. sous I'effet du retrait.

On donne dans les annexes (voir chapltre 1) les conditions requises pour des types sp6cifiques d'attaches.

5. FORME ET DIMENSIONS DES EPROUVETTES

Les assemblages d'essai seront de forme et de dimen- sions r6alistes, de facon & obtenir une information utile sur la r~sistance et la deformation des assemblages en service. On donne dans les annexes (voir chapitre 1) des informations d6taill~es sur les formes et dimensions des 6prouvettes d'essai pour diff6rentes sortes d'attaches m~caniques.

Recommandation finale 3TT-1 - Final Recommendation 3TT-1

F O R E W O R D

Tentat ive recommendations for testing methods for joints wi th mechanical fasteners in load- bearing t imber structures were first published in Vol. 10, No. 56, of this journal. Since then comments have been received either direct ly or from the secretariat of ISO TC 165, Timber Structures. Fol lowing consideration of these comments by the jo int commit tee RILEM/CIB-3" I - I this revised Recommendat ion was produced.

CONTENTS 2. FIELD OF APPLICATION

0. Introduction.

1. Scope.

2. Field of application.

3. Symbols.

4. Conditioning of test specimens.

5. Form and dimensions of test specimens.

6. Apparatus.

7. Loading procedure.

8. Test report.

0. INTRODUCTION

Developments in the field of load-bearing timber structures require that joints made with mechanical fasteners shall be tested to obtain information about their strength and slip (deformation) characteristics.

This Recommendation gives some general principles which should be followed in order to achieve compa- rability of results from investigations carried out in different laboratories. Standard rules for the determination of characteristic strengths and allowable loads for particular types of mechanical fasteners wil l be given by CIB-W18.

1. SCOPE

This Recommendation gives a preferred general method for the determination of the strength and slip charac- teristics of joints made with mechanical fasteners. Detailed procedures appropriate to joints made with specific fasteners will be given in annexes (4) to this Recommendation. It is recognised that for some special types of fasteners not covered by the annexes e. g. glu- lam rivets, modifications of the test procedure may be necessary.

(1) Annexes.giving test methods for joints made with punched metal plate fasteners, nails and staples are in preparation.

This Recommendation is applicable to joints made with mechanical fasteners used in statically loaded timber structures.

Note : In case of time-dependent live loads with frequencies higher than about 0.4 of the natural fre- quency of the structure, dynamic effects must be expected.

3. SYMBOLS

F

fmax Fest k

applied load (N);

maximum load (N); estimated maximum load (N);

slip modulus (N/mm); joint slip (mm).

Subscripts for the joint slip, v, relate to load points in figure 2 and are defined in 7.

4. CONDITIONING OF TEST SPECIMENS

Attention should be paid to the conditioning of the timber before the manufacture of the joint and also to the conditioning of the joints as a whole before testing.

The preconditioning should be conducted in such a way that a similar performance of the test joints and the joints in a structure can be guaranteed. It is important that the moisture content should be able to influence the strength properties of the timber and the occurrence of gaps etc, through shrinkage, in a realistic manner.

Detailed requirements for specimens made with specific types of fasteners are given in the relevant annexes (see clause 1).

5. FORM AND DIMENSIONS O F T E S T S P E C I M E N S

The test joints shall be of such a realistic form and dimensions that the necessary information about the strength and deformation of joints in service can be obtained. Detailed information about the form and dimensions of the test specimens suitable for different types of mechanical fasteners are given in the relevant annexes (see clause 1).

331

Outre 1'6quipement pour mesurer" les dimensions des ~prouvettes, la teneur en humidit& etc., il faut avoir

disposition :

a) une machine d'essai permettant d'appliquer et de mesurer la charge avec une pr6cision d'au moins + 1%;

b ) I'appareillage permettant de mesurer le glissement de I'assemblage sous charge avec une precision d'au moins _+ 1%, ou pour des glissements inf~rieurs & 2 mm, avec une precision de _+ 0,02 mm. L'appa- reillage sera tel que les excentricit6s et les torsions n'aient pas d' inf luence sur les mesures (").

7. PROCESSUS DE C H A R G E M E N T

7 .1 . Est imation de la charge maximale

On d~terminera la charge maximale moyenne estim6e F t pour le type d'assemblage ~ essayer sur la base de I'exp6rience, du calcul ou d'essais pr61iminaires.

7 .2 . Appl icat ion de la charge

FIFcst,

II conviendrait de suivre le processus de chargement indiqu6 dans la figure 1. Pour chaque essai, on augmentera ou on diminuera la charge ~ une vitesse correspondant

0,2 Fes t par minute _+ 25 %. On appliquera la charge jusqu'& 0,4 Fes t et on la maintiendra pendant 30 secondes (a). On r6duira ensuite la charge ~ 0,1 Fes t

0,?

1.' 2 /

0,~

0,1

1

Vol. 12 - N ~ 70 - Mat~riaux et Constructions

6. APPAREILLAGE

= i i = ! t

! 2 3 4 5 6 ? t e m p s r r a i n

Fig. 1. - - Processus de chargement.

(1) On recommande un appareillage qui puisse enregistrer en continu la charge et le glissement; on peut exceptionnelle- ment mesurer les glissements ~ des niveaux de charge s~lec- tionn~s & condition que les mesures puissent ~tre faites sans influencer de fa,con significative la continuit~ de I'application de la charge. On doit choisir un nombre suffisant de niveaux de charge pour pouvoir r~aliser les calculs (vo i r 7.5) et les ajustements (vo i r 7.6).

(2) L'obligation de maintenir la charge constante pendant 30 secondes permet de laisser le temps n6cessaire pour le renver- sement de la charge; il n'est pas pr6vu de donner des informations sur le comportement au fluage.

332

F/F=stJ

f 0,8 . . . . . . . . . . . 28

0,6 . . . . . . 2 6

0~, - - -

0 gtissemcnt de l ' a s s c m b t a g r v

Fig. 2. - - Courbe id&alis6e charge/gl issernent et mesures.

et on la maintiendra pendant 30 secondes. Par la suite, on augmentera la charge jusqu'~ atteindre la charge maximale ou un glissement de 1 5 mm. Au-dessus de 0,7 Fes t on peut r6gler la vitesse de chargement de fa.con a atteindre la charge maximale ou le glissement maximal dans un temps suppl6mentaire d'essai de 3-5 minutes (dur~e totale de I'essai : 10-15 minutes).

On peut arr~ter I'essai quand la charge maximale est atteinte ou quand le glissement est de 15 mm. Pour des essais particuliers, on peut supprimer le cycle de pr6- chargement jusqu'& 0,4 F t e n r~glant de facon corres- pondante la dur6e totale de I'essai ( v o i r 1).

7.3 . Mesure du g l issement

Les mesures du glissement Vol, Vo4, v l , ~, vl~, v21, v=, =, v=6 et v=8 (voir f ig . 2) seront not6es pour chaque 6prouvette. Le glissement sous charge maximale, Fma ,,

sera ~galement not& Quand on ne dispose pas d'un diagramme charge/glissement, les mesures du glissement doivent ~tre prises ~ chaque palier de charge de 0,1 Fe, t.

7 .4 . Mesure de la charge

On notera, pour chaque 6prouvette, la charge maxi- male atteinte avant ou pour le glissement de 15 mm comme charge maximale F . . . . .

7.5 . Calculs

A partir des mesures enregistr6es, on d6terminera les valeurs suivantes pour chaque essai :

1. Charge maximale F ma x.

2. Charge maximale esdm6e Fes t.

3. Glissement initial v i = V o 4 .

4. Glissement initial modif i6

4 V, moa = ~(Vo4--Vo,).

5. Affaissement de I'assemblage (1) :

Vs= Vi - Vi moa .

(1) [I convient de noter que de nombreuses courbes charge/glissement sont initialernent convexes dans la partie ascendante de sorte que v s sera n6gatif.

F/Fest , I / 1 . ' /2

!

0.7

0 . / . - -

0 . 1

! 2 3 4 5 6 7 w

time in rain Fig. 1. - - Loading procedure.

6. A P P A R A T U S

In addit ion to equipment for measuring the geometry of the test specimens, moisture content etc, the fo l lowing shall be available:

a) testing machine able to apply and record load with an accuracy of _+ 1% or better;

b ) equipment to measure joint slip under load with an accuracy of + 1% or better, or for slips of less than 2 mm with an accuracy of + 0 . 0 2 mm. The equipment shall ensure that eccentricities, twist, etc. have no influence on the measurements ( ' ) .

7. L O A D I N G P R O C E D U R E

7 .1 . E s t i m a t i o n o f m a x i m u m load

The estimated mean maximum load, Fes t, for the type of joint to be tested shall be determined on the basis of experience, calculation or preliminary tests;

7 . 2 . A p p l i c a t i o n of load

The loading procedure shown in figure 1 should generally be fol lowed.

For each test the load shall be increased and decreased at a rate corresponding to 0 . 2 Fes t per m i n u t e + 25%. The load shall be applied up to 0 . 4 Fe, t and maintained for 30 seconds (2). The load shall then be reduced to 0.1 Fes t and maintained for 30 seconds. Thereafter

(4) Equipment that can continuously record load and slip is recommended; exceptionally slips may be measured at chosen load levels provided the measurements can be made without significantly influencing the continuity of the load application. A sufficient number of load levels must be chosen to ensure that the calculations (see 7.5) and the adjustments (see 7.6) can be made.

(=) The requirement that the load be maintained constant for 30 seconds at 0.4 and 0.1 Fes t, is to permit adequate time for the loading to be reversed, it is not intended to provide inform- ation on creep behaviour,

Recommandation finale 3TT-1 - Final Recommendation 3TT-1

the load shall be increased until the maximum load or a slip of 15 mm is reached. Above 0 .7 Fes t the rate of loading may be adjusted so that the maximum load or maximum slip is reached in 3-5 minutes additional testing time (total testing time 10-15 minutes).

The test may be stopped when the maximum load is reached, or when the slip is 15 mm. For particular tests the preload cycle up to 0 . 4 Fes t may be omitted with a corresponding adjustment to the total testing time (see clause 1).

7 . 3 . M e a s u r e m e n t of slip

The slip measurements Vol, Vo4, v14, v11, v2,, v2,,, v26 and v28 shown in figure 2 shall be recorded for each test specimen. The slip at maximum load, F~, , , shall also be recorded. When a load/sl ip diagram is not available measurements of slip should be taken at each 0.1 Fes t increment of load (see fig. 1).

FI Fest,

0.8 0.6 0J.

0.1

J . . . . . . . . . . . . . 28

. . . . . . 26

w

0 joint slip, v

Fig. 2. - - Idealised load-slip curve and measurements.

7 . 4 . M e a s u r e m e n t of load

The maximum load reached before or at a slip of 15 mm shall be recorded as the maximum load, F . . . . for each test specimen.

7 . 5 . Ca lcu la t ions

From the recorded measurements the fo l lowing values shall be determined for each test:

1. Maximum load Fro. ~

2. Estimated maximum load Fe~ t.

3, Initial slip V i = V 0 4 .

4. Modif ied initial slip

4 vi rood = ~ (Vo4- vow).

5. Joint settlement (1):

Vs ~ Vi - - V i rood"

(4) It should be noted that many load/slip curves are initially convex upwards so that v s will be negative.

333

VoI. 12 - N ~ 70 - Mat~riaux et Constructions

6. Glissement 61astique

2 v~= ~(v,~ + v 2 4 - v ~ - v 2 0 .

7. Module de glissement initial

0,4 F~.~t

vi

8. Module de g l i ssement

0,4F=~t

Vi rood

9. Glissement ~ 0 , 6 F m . ~ vo, 6.

10. Gtissement modifi~ ~ 0,6 Fm,~

Vo . 6 moa = Vo,6 -- V2 4 + Vi .nod'

11. Glissement & 0 ,8F= , , Vo, 8.

12. Glissement modifi6 ~ 0 ,8F= , ,

V 0 , 8 mod = V 0 , 8 - - V24- "~- Vi mod"

Note : Les valeurs calcul6es ci-dessus pour 9 ~ 12 concernent la valeur de F=',, pour chacun des essais. Quand on dispose d'un diagramme charge/glissement, on peut obtenir ces valeurs directement au niveau de charge requis. Quand on dispose seulement de lectures du glissement pour chaque accroissement de Fes t, alors les valeurs seront obtenues par interpolation.

7.6. Ajustement

Si pendant le deroulement des essais, la valeur moyenne de la charge maximale des essais d6j~ accomplis

�9 d~vie de plus de 20 % par rapport ~ la valeur estimee F , t, il conviendrait alors d'ajuster Fes t pour les essais suivants. On peut accepter sans ajustement les valeurs de charge maximale d6j& d~termin6es comme une partie des r~sultats finals. Dans ce cas, les valeurs du glissement et des modules de glissement dans 3 ~ 8 du point 7,5 devraient 6tre ajust~es pour correspondre & la valeur ajust6e de F~ t.

8. COMPTE RENDU D'ESSAI

Le compte rendu d'essai comprendra les donn6es suivantes :

a) esp~ce, masse vo[umique et propri6t6s de r6sistance correspondantes;

b ) qualit& propri6tes de r6sistance et finissage super- ficiel des mat6riaux des attaches (y compris protection anti-corrosive);

c) dimensions des assemblages, taille et nombre d'attaches;

d) conditionnement du bois et des 6prouvettes avant et apr~s fabrication, teneur en humidit6 du bois ~ la fabrication et ~ I'essai, ouvertures entre les 61~ments, fissures, etc.;

e) processus de chargement utilis~ (en se r~f6rant & cette Recommandation), et mention de tout ~cart;

f ) r6sultats d'essai individuels et toute information relative concernant les ajustements, les 6carts des valeurs moyennes et normales, et description des types de ruine.

334

6. Elastic slip

2 v~= ~ ( v ~ + v 2 ~ - v ~ - v 2 1 ) .

7. Initial slip modulus

O. 4 F~, k i -= _ �9

v i

8. Slip modulus.

0.4 F~t k s -.~

Vi rood

9. Slip at 0 .6Fro , x Vo. 6.

10. Modified slip at 0 .6 Fn~,x

Vo. 6 mod = VO. O -- V24 + Vi mad "

11. Slip at 0 . 8 F .... Vo. e.

12. Modified slip at 0 . 8 F ~ , ,

V o , 8 rood ~ Vo, 8 - - V 2 4 Jr- V i rood-

Note. The values calculated for 9 to 12 above relate to the actual value of F~, x for each of the tests. When a continuous load/slip diagram is available these values may be obtained directly at the required load level. When only readings of slip at increments of Fes t are available then the values must be obtained by inter- polation.

7.6. Adjustment

If during the execution of the tests the mean value of the maximum load of the tests already carried out deviates by more than 20% from the estimated value, Fe~ t, then Fes t should be adjusted correspondingly for subsequent tests. The values of maximum load already determined may be accepted without adjustment as part of the final results. In this case the values of slip and slip moduli determined in 3 to 8 of 7 .5 should be adjusted to correspond to the adjusted value of Fes t.

8. TEST REPORT

The test report shall include the fol lowing data:

a) species, density and relevant strength properties of the timber;

b) quality, strength properties and surface finish of the materials of the fasteners (including anti-corrosive protection) ;

c) dimensions bf the joints and the size and number of fasteners;

d) conditioning of timber and test specimens before and after manufacture, moisture content of the timber at manufacture and at test, gaps between members, fissures, etc;

e) the loading procedure used (by reference to this Recommendation) and a statement of any deviations;

f) individual test results and any relevant information regarding adjustments, mean values and standard devia- tions, and descriptions of the modes of failure.