Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9082-2:2011 (ISO 10984-2:2009) về Kết cấu gỗ - Chốt liên kết – Phần 2: Xác định độ bền bám giữ

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9082-2:2011

ISO 10984-2:2009

KẾT CẤU GỖ - CHỐT LIÊN KẾT – PHẦN 2: XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN BÁM GIỮ

Timber structures – Dowel-type fasteners – Part 2: Determination of embedding strength

Lời nói đầu

TCVN 9082-2:2011 hoàn toàn tương đương với ISO 10984-2:2009.

TCVN 9082-2:2011 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC165 Gỗ kết cấu biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 9082 (ISO 10984), Kết cấu gỗ - Chốt liên kết, gồm các tiêu chuẩn sau:

- TCVN 9082-1:2011 (ISO 10984-1:2009), Phần 1: Xác định moomen chảy;

- TCVN 9082-2:2011 (ISO 10984-2:2009), Phần 2: Xác định độ bền bám giữ.

Lời giới thiệu

Chốt liên kết là những chốt cơ học được sử dụng rộng rãi nhất trong các kết cấu gỗ. Các tính chất của chốt, như mômen chảy, có ảnh hưởng lớn đến tính năng cơ học của các liên kết bằng chốt khi chịu tải.

Mục đích của tiêu chuẩn này là đưa ra các phương pháp xác định độ bền bám giữ của chốt theo một trong các thông số cơ bản thể hiện sự làm việc của các liên kết khi chịu tải. Các yêu cầu đặt ra là cần thiết tái tạo các điều kiện tương tự như những điều kiện đối với kết cấu gỗ trong thực tế. Các tải trọng có thể tác dụng lên mẫu bằng cách nén hoặc kéo, tùy chọn cách nào có liên quan hơn. ISO 10984-2 dựa trên EN 383 và ASTM D5764.

TCVN 9082-1 (ISO 10984-1) đưa ra các phương pháp thử nhằm thu được thông tin cơ bản khác về sự làm việc của liên kết cơ học khi chịu tải.

KẾT CẤU GỖ - CHỐT LIÊN KẾT – PHẦN 2: XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN BÁM GIỮ

Timber structures – Dowel-type fasteners – Part 2: Determination of embedding strength

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử trong phòng thí nghiệm để xác định độ bền bám giữ giữa gỗ nguyên, gỗ ghép thanh bằng keo và sản phẩm ván gỗ nhân tạo với chốt liên kết.

Từ khóa: kết cấu gỗ, chốt, đinh (chốt), bulông, các phép thử, thử nghiệm nén, phép xác định, độ bền nén.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 8048-1 (ISO 3130), Gỗ - Phương pháp thử cơ lý – Phần 1: Xác định độ ẩm cho các phép thử cơ lý.

TCVN 8048-2 (ISO 3131), Gỗ - Phương pháp thử cơ lý – Phần 2: Xác định khối lượng riêng cho các phép thử cơ lý.

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1. Chốt liên kết (dowel-type fastener)

Bulông, đinh, đinh vít, chốt hoặc vật tương tự có bề mặt trơn hoặc có vân định hình.

3.2. Độ bền bám giữ (embedding strength)

Ứng suất nén trung bình ứng với tải trọng lớn nhất trong một mẫu gỗ hoặc sản phẩm ván gỗ nhân tạo dưới tác động của một chốt thẳng, cứng.

CHÚ THÍCH: Trục của chốt vuông góc với bề mặt của gỗ. Chốt được chất tải vuông góc với trục của nó.

3.3. Tải trọng lớn nhất (maximum load)

Tải trọng lớn nhất được xác định trước khi mẫu thử đạt đến giới hạn biến dạng bằng (w₀ + 5) mm.

3.4. Kích thước tiết diện chốt

3.4.1. Kích thước tiết diện chốt (fastener section dimension)

đường kính của phần thân không bao gồm lớp phủ ngoài.

3.4.2. Kích thước diện tích chốt (fastener section dimension)

chiều dài một cạnh của mặt cắt.

3.4.3. Kích thước tiết diện chốt (fastener section dimension)

kích thước nhỏ nhất của mặt cắt.

4. Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

d kích thước mặt cắt chốt, tính bằng milimét;

F tải trọng, tính bằng niutơn;

F_max tải trọng lớn nhất, tính bằng niutơn;

F_{max, est} tải trọng lớn nhất dự đoán, tính bằng niutơn;

f_h độ bền bám giữ, tính bằng megapascan;

f_h,est độ bền bám giữ dự đoán, tính bằng megapascan;

K_e môđun đàn hồi của gỗ nền, tính bằng niutơn trên milimét khối;

K_i mô đun ban đầu của gỗ nền, tính bằng niutơn trên milimét khối;

K_s mô đun của gỗ nền, tính bằng niutơn trên milimét khối;

t chiều dày mẫu thử, tính bằng milimét;

w biến dạng đàn hồi, tính bằng milimét;

w_e biến dạng đàn hồi, tính bằng milimét;

w_i biến dạng ban đầu, tính bằng milimét;

w_{i, mod}­ biến dạng ban đầu đã điều chỉnh, tính bằng milimét;

w₀ biến dạng của dụng cụ thử ứng với tải trọng đã cho bất kỳ, tính bằng milimét.

5. Yêu cầu

Các chốt và gỗ, gỗ ghép thanh bằng keo hoặc sản phẩm ván gỗ nhân tạo phải có chất lượng phù hợp với quy định kỹ thuật về vật liệu liên quan.

6. Phương pháp thử

6.1. Nguyên tắc

Phải thực hiện thử nghiệm trên mẫu thử và sử dụng thiết bị như thể hiện trong Hình 1. Chốt phải khít đều vào gỗ dọc theo chiều dài của nó sao cho không bị uốn đáng kể. Nếu thử nghiệm bằng thiết bị như thể hiện trong Hình 1, mà khó tránh khỏi uốn cong chốt thì có thể sử dụng thiết bị như thể hiện trong Hình 2 để thử nghiệm.

Chốt phải được chất tải vuông góc với trục của nó thông qua bộ phận gia tải bằng thép, phải xác định tải trọng và vết lõm hoặc biến dạng tương ứng, xem Hình 1 và 2.

Việc chất tải có thể là kéo [xem Hình 1 và 3 a)] hoặc nén; xem Hình 2 và 3 b). Đối với gỗ nguyên và sản phẩm gỗ ghép thanh hoặc gỗ tổ hợp nguyên chỉ có một hướng thớ gỗ, thì có thể chất tải dọc thớ gỗ [xem Hình 3 a) và 3 b)] hoặc nén ngang thớ gỗ; xem Hình 3 c).

CHÚ THÍCH: Có thể sử dụng nguyên tắc của tiêu chuẩn này cho các góc giữa tải trọng và thớ gỗ khác.

6.2. Mẫu thử

Mẫu thử là một thanh gỗ hoặc sản phẩm ván gỗ nhân tạo, tiết diện chữ nhật, có một chốt có trục vuông góc với bề mặt của mẫu thử. Các kích thước tối thiểu của mẫu thử được nêu trong Hình 1. Chiều dày phải nằm trong phạm vi từ 5d đến 4d.

CHÚ THÍCH: Lý do đối với yêu cầu này là để đảm bảo sự phân bố ứng suất bám giữ đồng đều trên dọc trục của chốt. Đặc biệt điều này liên quan đến việc sử dụng vật liệu có khối lượng riêng lớn.

Đối với sản phẩm ván gỗ nhân tạo, chiều dày của mẫu thử phải bằng chiều dày của tấm gỗ được sản xuất.

Đối với chốt có lớp phủ, phải loại bỏ lớp phủ trước khi xác định đường kính và thực hiện thử nghiệm.

CHÚ DẪN

1 thiết bị bằng thép

2 chốt

3 đồng hồ đo chuyển vị được gắn vào mẫu thử

4 mẫu thử

Hình 1 – Nguyên tắc thử nghiệm kéo

CHÚ DẪN:

1 dụng cụ bằng thép

2 chốt

3 đồng hồ đo chuyển vị được gắn vào mẫu thử

Hình 2 – Nguyên tắc thử nghiệm nén

CHÚ DẪN:

1 hướng thớ gỗ hoặc một trong những hướng chính của sản phẩm ván gỗ nhân tạo

2 hướng chất tải

Hình 3 – Kích thước của mẫu thử như quy định trong Bảng 1

Bảng 1 – Kích thước tối thiểu của mẫu thử

6.3. Thiết bị, dụng cụ

6.3.1. Thiết bị thử nghiệm, được thiết kế sẵn để giảm thiểu ma sát giữa các tấm thép và mẫu thử, bao gồm thiết bị để đo hình dạng, hàm lượng ẩm, v.v…của mẫu thử cùng với các thiết bị sau:

6.3.1.1. Thiết bị chất tải, có khả năng tác động và liên tục ghi tải trọng với độ chính xác bằng ± 1% tải trọng tác động lên mẫu thử hoặc đối với các tải trọng nhỏ hơn 10% tải trọng tối đa tác động lên mẫu thử thì có độ chính xác bằng ± 0,1% tải trọng tối đa.

6.3.1.2. Thiết bị, có khả năng liên tục ghi chuyển vị của chốt trong gỗ với độ chính xác bằng ± 1% chuyển vị hoặc đối với chuyển vị nhỏ hơn 2 mm thì có độ chính xác bằng ± 0,03 mm.

6.4. Chuẩn bị mẫu thử

Trước khi đặt chốt vào, vật liệu gỗ phải được đưa về điều kiện ổn định đến khối lượng không đổi trong môi trường có độ ẩm tương đối bằng (65 ± 5) % và nhiệt độ bằng (20 ± 2) ^oC. Sau khi chế tạo xong, mẫu thử phải được ổn định lại trong môi trường tương tự. Khối lượng không đổi được coi như đạt được khi chênh lệch giữa các kết quả của hai lần cân liên tiếp, được thực hiện cách nhau 6 h, không lớn hơn 0,1% khối lượng của mẫu thử.

Đối với các nghiên cứu cụ thể, có thể đưa mẫu thử cả trước và sau khi lắp chốt về điều kiện độ ẩm khác. Nếu sử dụng điều kiện khí hậu khác thì phải đưa vào báo cáo. Ở khí hậu nhiệt đới, vật liệu gỗ có thể được ổn định trong một môi trường có độ ẩm tương đối bằng (65 ± 5) % và nhiệt độ bằng (25 ± 2) ^oC.

6.5. Cách tiến hành

6.5.1. Hiệu chuẩn thiết bị

Trước hết, nếu cần thiết thì có thể xác định đặc trưng độ cứng vững của thiết bị thử để hiệu chuẩn đường cong tải trọng – biến dạng (xem 6.6.2). Để xác định đặc trưng độ cứng vững của thiết bị thử nghiệm, phải đặt một mẫu bằng chốt thép vừa khít có đường kính giống điều kiện chốt vào thiết bị và xác định đường cong tải trọng – biến dạng như mô tả trong 6.5.6 và 6.5.7.

CHÚ THÍCH: Hình 8 trình bày quá trình hiệu chỉnh đường cong tải trọng – biến dạng có tính đến đặc trưng độ cứng vững của thiết bị chất tải.

6.5.2. Đặt chốt vào vị trí

Đường kính của chốt và chiều dày của mẫu thử phải được xác định và ghi lại theo đơn vị milimét, với độ chính xác đến 1%.

Chốt phải được đặt giống như cách được sử dụng trong thực tế (ví dụ: có khoan mồi hoặc không khoan mồi đối với đinh, lỗ khoan vừa khít đối với chốt, lỗ với đường kính rộng hơn đối với bulông).

Có thể sử dụng thanh dẫn để đảm bảo trục của chốt vuông góc với bề mặt của mẫu thử.

6.5.3. Đặt mẫu thử vào thiết bị

Mẫu thử phải được đặt đối xứng vào thiết bị thử. Đối với thử nghiệm kéo và thử nghiệm nén dọc thớ gỗ, phải tác động tải trọng theo hướng thớ gỗ của mẫu thử. Đối với thử nghiệm nén ngang thớ gỗ, phải tác động tải trọng vuông góc với thớ gỗ của mẫu thử.

6.5.4. Vị trí đầu đo chuyển vị

Sự chuyển vị tương đối giữa chốt liên kết với mẫu thử phải được xác định giữa bộ phận bằng thép dùng để giữ chốt và các điểm nằm ở ngang mức trục của chốt, thuộc mặt bên của mẫu thử. Các đầu đo chuyển vị phải được đặt trên các cạnh đối diện.

CHÚ THÍCH 1: Đối với thử nghiệm nén như thể hiện trong Hình 2, đo chuyển vị của đầu kẹp của thiết bị là một phương pháp thích hợp để ghi lại độ bám của chốt.

CHÚ THÍCH 2: Hình 1 và Hình 2 trình bày các ví dụ về lắp đặt cho thử nghiệm.

6.5.5. Dự đoán tải trọng lớn nhất

Tải trọng dự đoán lớn nhất, F_max,est, được xác định dựa trên cơ sở kinh nghiệm, tính toán hoặc các thử nghiệm sơ bộ. Có thể điều chỉnh các giá trị dự đoán như mô tả trong 6.6.3.

6.5.6. Tác động tải trọng

Phải tuân theo quy trình chất tải thể hiện trên Hình 4, ngoại trừ các thử nghiệm cụ thể, có thể bỏ qua chu kỳ chất tải trước đến 0,4 F_{max, est} như nêu trong Hình 5, nếu có điều chỉnh tương ứng về tổng thời gian thử nghiệm.

Tải trọng phải được tăng đến 0,4 F_{max, est} và duy trì trong 30s. Sau đó giảm tải xuống 0,1 F_{max, est} và duy trì trong 30 s. Tiếp theo lại tăng tải trọng lên.

Dừng thử nghiệm khi đạt được tải trọng lớn nhất hoặc khi biến dạng đạt w₀ + 5 mm.

Phải tăng hoặc giảm tải trọng với tốc độ dịch chuyển không đổi của đầu gia tải. Tốc độ gia tải phải được điều chỉnh sao cho đạt được tải trọng lớn nhất trong khoảng (300 ± 120) s.

6.5.7. Ghi nhận biến dạng

Phải ghi nhận các giá trị biến dạng w₀₁, w₀₄, w₁₄, w₁₁, w₂₁, w₂₄, w₂₆ và w₂₈ tương ứng với các điểm 01, 04, 14, 11, 21, 24, 26 và 28 như thể hiện trên Hình 4. Khi tiến hành quy trình chất tải như thể hiện trên Hình 5, phải ghi nhận các giá trị biến dạng w₀₁, w₀₄, w₀₆ và w₀₈ tương ứng với các điểm 01, 04, 06 và 08 như thể hiện trên Hình 5. Để thiết lập đường cong tải trọng – biến dạng phải sử dụng giá trị trung bình của hai đầu đo chuyển vị, ví dụ nếu áp dụng quy trình thử như thể hiện trên Hình 4 thì đường cong tải trọng – biến dạng được thiết lập như Hình 6. Biến dạng ứng với tải trọng lớn nhất, F_max, cũng phải được ghi nhận.

Nếu không thiết lập được đường quan hệ tải trọng – biến dạng từ các số liệu ghi nhận liên tục thì phải ghi nhận số liệu biến dạng ứng với mức gia tăng tải trọng 0,1 F_{max, est}, xem Hình 4 và Hình 5.

6.5.8. Xác định độ ẩm và khối lượng riêng

Độ ẩm và khối lượng riêng của một mẫu thử sau khi ổn định phải được xác định theo TCVN 8048-1 (ISO 3130) và TCVN 8048-2 (ISO 3131), trên các mẫu còn nguyên được cắt ra ngay sau khi thử nghiệm, từ phần chịu phá hủy nằm ngay phía dưới lỗ lắp chi tiết chốt liên kết của mẫu.

CHÚ DẪN:

X thời gian, biểu thị bằng giây

Y F/F_{max, est}

Hình 4 – Quy trình chất tải có chu kỳ chất tải trước

CHÚ DẪN:

X thời gian, biểu thị bằng giây

Y F/F_{max, est}

Hình 5 – Quy trình chất tải không có chu kỳ chất tải trước

X biến dạng, w

Y F/F_{max, est}

Hình 6 – Đường cong tải trọng – biến dạng lý tưởng và các điểm lấy số liệu đo

6.6. Kết quả

6.6.1. Tính toán

6.6.1.1. Độ bền bám giữ, f_h, và độ bền bám giữ dự đoán, f_{h, est} được tính chính xác đến 1 % lần lượt theo các công thức (1) và (2) sau đây:

(1)

(2)

6.6.1.2. Trong quy trình chất tải như thể hiện trên Hình 4, phải tính các giá trị sau đây, nếu liên quan, từ các số liệu ghi nhận được:

a) Biến dạng ban đầu, w_i:

 (3)

b) Biến dạng ban đầu đã điều chỉnh, w_i,mod:

 (4)

c) Biến dạng đàn hồi, w_e:

 (5)

d) Mô đun ban đầu của gỗ nền, K_i:

 (6)

e) Mô đun của gỗ nền, K_s:

(7)

f) Mô đun đàn hồi của gỗ nền, K_e:

 (8)

g) Biến dạng ứng với 0,6 F_max bằng w_0,6.

h) Biến dạng ứng với 0,8 F_max bằng w_0,8.

6.6.1.3. Khi thay thế bằng quy trình chất tải như thể hiện trên Hình 5, từ đường quan hệ tải trọng – biến dạng đã ghi nhận được, nếu liên quan, phải xác định các giá trị sau:

- tải trọng chảy: tải trọng tương ứng với giao điểm giữa đường cong tải trọng – biến dạng với đường thẳng kẻ song song và cách đường thẳng nối qua phần tuyến tính ban đầu của đường quan hệ tải trọng – biến dạng một khoảng bằng 5% kích thước tiết diện chốt, như thể hiện trên Hình 7.

- tải trọng giới hạn tỷ lệ: tải trọng mà tại đó đường cong tải trọng – biến dạng tách khỏi đường thẳng nối qua phần ban đầu của đường cong tải trọng – biến dạng như thể hiện trên Hình 7.

CHÚ DẪN:

X biến dạng

Y tải trọng

1 tải trọng chảy

2 tải trọng giới hạn tỷ lệ

3 5% đường kính chốt

Hình 7 – Xác định tải trọng chảy và tải trọng giới hạn tỷ lệ

6.6.2. Hiệu chuẩn đường cong tải trọng – biến dạng

Nếu cần thì tiến hành hiệu chỉnh đường cong tải trọng – biến dạng đã xác định như thể hiện trên Hình 8. Ngoài ra, không cần hiệu chỉnh đường cong này.

CHÚ DẪN:

X biến dạng

Y tải trọng

1 đường cong tải trọng – biến dạng từ phép thử hiệu chuẩn

2 đường cong tải trọng – biến dạng đo được

3 đường cong tải trọng – biến dạng đã được hiệu chỉnh

CHÚ THÍCH 1: Cần phải hiệu chỉnh đường cong khi biến dạng của thiết bị thử lớn hơn 10% độ bám giữ của chốt ứng với F_max.

CHÚ THÍCH 2: Biến dạng đo được ứng với tải trọng F bị giảm bởi biến dạng w₀ tại cùng giá trị tải trọng được xác định bằng quy trình hiệu chuẩn thiết bị.

Hình 8 – Hiệu chỉnh đường cong tải trọng – biến dạng đã xác định được để tính đến đặc trưng độ cứng vững vững của thiết bị gia tải

6.6.3. Điều chỉnh

Khi tiến hành các thử nghiệm, nếu giá trị trung bình của tải trọng lớn nhất của các phép thử đã thực hiện sai lệch lớn hơn 20% giá trị dự tính, thì phải điều chỉnh giá trị dự tính tương ứng đối với các thử nghiệm tiếp theo. Có thể chấp nhận giá trị trung bình của tải trọng lớn nhất đã được xác định trước đó như một phần của kết quả cuối cùng mà không cần phải điều chỉnh. Trong trường hợp cần phải điều chỉnh tải trọng lớn nhất dự kiến, thì các giá trị về biến dạng và mô đun của gỗ nền được xác định theo công thức (2) đến (8) phải được điều chỉnh theo cách tương ứng.

7. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) tên và địa chỉ của phòng thử nghiệm;

b) ngày tiến hành thử nghiệm;

c) viện dẫn tiêu chuẩn này;

d) mô tả các chốt: kiểu, đường kính, đặc trưng độ bền và xử lý bề mặt của chốt (bao gồm cả bảo vệ chống ăn mòn);

e) mô tả mẫu thử: loài, khối lượng riêng, hướng thớ gỗ;

f) mô tả phương pháp thử: kích cỡ mẫu thử, đường kính lỗ, tốc độ gia tải;

g) bảo dưỡng mẫu thử trước và sau khi chuẩn bị;

h) số lượng các phép thử được thực hiện;

i) khối lượng riêng và độ ẩm của mẫu thử khi thử nghiệm;

j) giá trị tính toán đối với các thông số nhận được.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] EN 383, Timber structures – Test methods – Determination of embedment strength and foundation values for dowel type fasterners (Kết cấu gỗ - Phương pháp thử - Xác định độ bền bám giữ và các giá trị của gỗ nền đối với chốt liên kết).

[2] ASTM D5764, Standard Test Method for Evaluating Dowel – Bearing Strength of Wood and Wood-Based Products (Tiêu chuẩn phương pháp thử để đánh giá độ bền chốt mang tải của gỗ và sản phẩm gỗ nhân tạo)

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Thuật ngữ và định nghĩa

4. Ký hiệu và thuật ngữ viết tắt

5. Yêu cầu

6. Phương pháp thử

7. Báo cáo thử nghiệm

Thư mục tài liệu tham khảo