齿板从钉接板发展而来，是木结构最具特色的连接件。由于具有节约劳动力、施工周期短、效率高、节点性能稳定可靠、制作简单等优点(颜铭，2006)，齿板连接已经成为轻型木结构的主要连接方式之一。1997—2001年，齿板连接木桁架年产值以平均每年7.7%的速度增长，2002年齿板连接木桁架年产值已达到了约80亿美元(Okun et al., 2003)。近年来我国也出现了一批木结构建筑(任海青等，2007; 费本华等，2006; 朱君道等，2006)，但国内齿板连接木桁架的生产需要从国外进口木材和齿板连接件，这大大限制了齿板连接木桁架在我国的推广。

本文结合我国近10年现代木结构研究由引进、消化、吸收国外先进技术和经验向创新发展逐渐转变的特点(陈恩灵等，2008)，通过对进口齿板与国产落叶松连接节点进行测试，提出齿板改进方案，使用国产镀锌钢板制作了3种国产齿板，并对国产齿板和国产落叶松连接节点进行了检测。

1 试验概况 1.1 试验材料

兴安落叶松(Larix gmelinii)，采自大兴安岭，树龄30年以上，截面尺寸40 mm × 90 mm; 进口齿板，型号M20，Mitek公司生产，具体规格如表 1所示; 国产齿板。

1.2 节点制备

取同一根规格材上长度为300 mm相邻的2根木段，依据GB 50005—2003的规定，木材齿板区域不应有缺棱、木节、木节孔等缺陷，在距木材端部9 cm处打孔，以便于节点与自制夹具连接。依据规范将齿板上距试材端部12 mm及边距6 mm内的板齿去除，并用清洗剂清洗去除油污。

齿板压入的方法主要有滚压和平压2种，为了保证板齿与构件表面垂直，试验使用25 t冷压机将齿板连接件水平压入落叶松试件中，制成齿板连接节点。根据Abrek等(1973)关于齿板连接松弛效应的研究，将制作好的节点置于恒温恒湿箱(温度20 ℃，相对湿度65%，调节后含水率在12%左右)中1周，调节含水率，并释放应力。

本研究所采用的齿板节点构造方式为荷载平行于木纹，且平行于齿板主轴。

1.3 拉伸试验

根据GB 50005—2003，采用5 t万能力学试验机对齿板连接节点进行拉伸试验，使用自制夹具连接试验机与试件。在距节点两端9 cm处打孔，使用钢销连接夹具与试件，使用自制的螺钉连接夹具与试验机。加载速度为1 mm·min^-1，试件在6 ~ 10min内达到极限承载力，满足规范附录M2.1的要求。使用位移引伸计记录节点的荷载-位移曲线(图 1)，试验后在靠近齿板连接处截取厚度小于1 cm的木片，测试试件的密度及含水率。

2 进口齿板与国产落叶松连接节点的测试

根据席佳(2006)对齿板连接节点破坏形式的研究，对2种齿板尺寸的节点进行拉伸测试，得到2种齿板连接节点的破坏形式———齿拔出破坏和齿板断裂破坏(图 2)，测试结果如表 2所示。

由表 2可知:美国南方松节点齿板尺寸介于国产落叶松齿板节点2种齿板尺寸之间，其连接节点的极限承载力也在2种齿板尺寸节点的极限承载力之间，因此可以证明，国产落叶松与美国南方松齿板连接的承载力相当，国产落叶松完全可以替代进口木材制作齿板连接木桁架。

3 国产齿板的设计

根据国外研究人员对影响齿板连接节点因素的研究，发现齿板长度和宽度(Maraghechi et al., 1984)、板齿尺寸和分布(Gebremedhin et al., 1991)都会对齿板连接节点的性能造成影响。通过进口齿板与国产落叶松连接节点的拉伸测试，对进口齿板存在的缺陷进行改进，提出了3种齿板改进方案。

3.1 板齿刻痕齿板

当木桁架齿板连接发生齿拔出破坏时，板齿的抗拔能力对连接承载力有决定性作用，板齿的抗拔能力由板齿与木材的机械咬合力和板齿与木材的摩擦力2部分组成(Riley，1999)，在板齿上刻上一定深度的花纹可以大幅度提高板齿的抗拔能力，同时也就提高了节点的承载力，板齿刻痕齿板具体规格如图 3所示。

经过多次齿板冲压试验，确定了板齿表面刻痕应在齿板钢板厚度的30%左右，板齿刻痕过浅起不到提高板齿抗拔能力的作用，板齿刻痕过深，则大幅度减弱了板齿本身的承载力，在试验中有的板齿甚至发生断裂而不能使用。

3.2 加长边缘齿长齿板

木桁架齿板连接在发生齿拔出破坏时，边缘齿往往最先被拔出，当边缘齿被拔出后，节点即进入塑性变形阶段，因此采用加长边缘齿长的方法，提高边缘齿的抗拔能力，同时提高齿板连接承载力。加长边缘齿长齿板具体规格如图 4所示。

增加板齿长度可以通过增加齿板冲孔的长度和增加板齿锐利度2个方法实现。板齿冲孔的长度增加过大会削减齿板钢板的承载力，造成齿板整体或局部发生断裂。经过前期的测试最终确定冲孔的长度最多增加到15 mm，其余板齿长度的增加部分由增加板齿的锐利度来实现。

3.3 去除连接处板齿齿板

在对国外进口齿板进行测试的过程中发现，节点在发生齿板断裂破坏时，齿板断裂大都发生在连接处附近，去除连接处的板齿可以提高连接处齿板的强度，且可以预防因板齿距离木材边缘过近而发生劈裂; 同时，因齿板板齿承载力会因为与连接处的距离加大而减小，因此采用加长边缘板齿长度的方法来弥补损失的板齿承载力。去除连接处板齿齿板具体规格如图 5所示。

这种国产齿板的特点是连接处附近14.5 ~29.0 mm范围内无冲孔，无冲孔范围如果小于14.5 mm，则无法达到增强连接处齿板强度的作用，如果无冲孔范围大于29.0 mm，则齿板单齿承载力下降过大，从而造成整个齿板连接节点强度的不足。

4 国产齿板的生产

委托辽宁营口白云机械厂，根据国产齿板的设计图制作了冲压齿板的模具。冲压模具分为上、下2部分，上部分带有尖锐的冲头可冲出板齿，下部分为一与上部分冲头相对应的底座。冲压模具一次可冲压宽度为0 ~ 150 mm的一排板齿，板齿逐排冲压，因此可根据需要控制每排板齿间的间距，逐排冲压完毕后，可使用铡刀式剪板机按照需要剪裁为规定的尺寸(图 6)。

冲压不同板齿长度的齿板时，需使用不同的模具冲压不同长度的板齿。对于板齿刻痕齿板的制作，应使用在相应部位带有与刻痕位置相对应凸起花纹的模具底座，利用上部分冲压齿板时巨大的冲击力在板齿上刻上所需的刻痕。

使用与ASTM规定的SQ230钢板钢材性能相近的国产Q235钢板来制作国产齿板，钢板需经过热浸镀锌来进行防腐蚀处理(TPIC—2007)，制作的国产齿板如图 7所示。结果发现，国产齿板的生产速度和生产质量基本上达到了批量生产的要求，且生产成本要远低于从国外进口齿板，使国产齿板具有了一定的推广潜力。

5 国产齿板连接节点的测试

按照GB 50005—2003 6.3节及附录M的相关规定对3种国产齿板连接节点进行了拉伸测试。为了对比3种改进方法对齿板连接节点的影响，按照上述3种齿板的冲孔尺寸、普通冲孔间距和普通板齿长度制作了一种无去齿、板齿刻痕和边缘板齿加长的齿板。

5.1 板齿刻痕齿板节点的测试

对板齿刻痕齿板、未刻痕齿板和M20齿板连接节点进行拉伸测试，测试结果如表 3所示。由表 3可见:板齿刻痕齿板的节点极限承载力要高于未刻痕的齿板，刻痕齿板的极限承载力比未刻痕齿板提高了14%;但刻痕齿板的刚度要低于未刻痕齿板，这可能是因为板齿的刻痕，特别是板齿根部的刻痕削减了板齿本身的承载力所致。国产齿板的承载力和刚度都要小于国外进口齿板，这可能是因为国产齿板在制作时模具的锐利度较大或冲压板齿的冲击力过大，导致齿板板齿根部与齿板表面连接部位的强度不足，因此应适当调整国产齿板的模具和冲压时的冲击力，以保证板齿本身的承载力和刚度。

5.2 去除连接处板齿的齿板和加长边缘齿长的齿板节点的测试

对去除连接处板齿的齿板、加长边缘齿长的齿板、无去齿无加长齿的齿板和M20齿板连接节点进行拉伸测试，测试结果如表 4所示。由表 4可见:去齿齿板和加长边缘齿长齿板的节点承载力和刚度要高于无去齿无加长齿的齿板，其中去齿齿板和加长边缘齿长齿板的节点极限承载力比无去齿无加长齿的齿板分别提高了11%和5.6%，而去齿齿板在0.38 mm滑移时的节点刚度和极限承载力时的节点刚度比无去齿齿板分别提高了20%和31%，这说明去除连接处板齿和加长边缘齿长可以很好地提高齿板接合节点的性能，是很好的改进方案。这2种国产齿板的承载力和刚度依然小于国外进口齿板，说明国产齿板在生产时存在着一定的问题，需要调整模具和生产方式，生产的齿板才能用于实际的齿板连接木桁架中。

6 结论

本文通过对进口齿板与国产落叶松连接节点进行拉伸测试，探讨了国产规格材用于齿板连接木桁架的可能，并对进口齿板提出了改进方案，使用国产镀锌钢板制作了3种国产齿板，按照GB 50005—2003 6.3节及附录M的相关规定，对这3种国产齿板的连接节点进行了拉伸测试，得到以下结论。

1) 国产落叶松规格材完全可以替代美国进口南方松制作齿板连接木桁架。

2) 国产齿板在生产速度和生产质量基本上达到了批量生产的要求，且生产成本要远低于从国外进口的齿板，使国产齿板具有一定的推广潜力。

3) 板齿刻痕齿板的节点承载力要高于未刻痕齿板，刻痕齿板的节点极限承载力比未刻痕齿板提高了14%，但刻痕齿板的节点刚度要低于未刻痕齿板，需要对刻痕齿板刻痕的位置和深度进行调整。

4) 去除连接处板齿和加长边缘齿长可以很好地提高齿板节点的性能，是很好的改进方案。其中去齿齿板和加长边缘齿长齿板的节点极限承载力比无去齿无加长齿的齿板分别提高了11%和5.6%，去齿齿板在0.38 mm滑移时的节点刚度和极限承载力时的节点刚度比无去齿齿板分别提高了20%和31%。

5) 国产齿板在生产时存在着一定的问题，使国产齿板连接节点的承载力和刚度要低于规格尺寸相近的国外进口齿板，需要调整模具和生产方式，特别是冲压板齿时的冲击力，生产的齿板才能用于实际的齿板连接木桁架中。

在我国，特别是一些大城市，由于国外技术的引进和开发商的参与，木结构住宅的建设已成为一个新的热点(任海青等，2006)，木结构建筑在未来城市住宅和农村住宅中的应用必将不断增多(郭伟等，2009; 何敏娟等，2009)，但轻型木结构房屋及其建造技术尚处在起步阶段，对齿板设计及齿板连接技术等方面的研究才刚刚开始(郭伟等，2008)，距真正的国产化还有很大的距离，希望本文可以起到抛砖引玉的作用，吸引更多研究者加入到齿板连接木桁架国产化的研究中来。