Numerical and analytical investigations of steel-to-wood connections with fully threaded self-tapping screws under wetting
Notice bibliographique
Résumé
Self-tapping screws (STSs) are widely used in mass timber connections due to their high strength and ease of installation. A new provision of STS connections has been implemented to the latest edition of Canadian timber design standard, CSA O86–24. However, the performance of STS connections under wetting condition has not been fully addressed and remains a critical concern since STS breakage was reported in several mass timber projects exposed to wetting during construction. This study investigates the failure mechanisms of steel-to-wood connections with fully threaded STSs under wetting condition through numerical and analytical approaches. Cohesive zone modeling method was employed to simulate the wood-screw interaction, validated with experimental data, while analytical solutions were developed to predict STS stress distributions. The investigated parameters included screw diameter, penetration length, moisture content change, and installation-induced loads. Results revealed two primary failure modes: (1) STS yielding close to the screw head due to the combined stress from wetting and installation loads, and (2) localized withdrawal failure at the screw tip caused by excessive wood swelling, particularly for the connections with long penetration length (>25 d 0 , where d 0 is the nominal diameter of STS) or large moisture content increase (e.g., 12 % to fiber saturation point). The proposed closed-form analytical model, whose key input parameters can be determined based on STS withdrawal load-displacement curves or empirical equations, showed good agreement with the verified numerical modeling results, offering a practical tool for designers to predict the wetting-induced STS stress in the design phase. This work bridges gaps in the current Canadian timber design standard by providing quantitative methods to evaluate moisture-dependent STS performance in steel-to-wood connections, therefore enhancing the safety and reliability of mass timber construction. • Analysis of wetting and installation-induced stress in self-tapping screws. • Self-tapping screws may yield at the heads or withdraw at the tips under wetting. • Developed analytical solution for STS stress prediction under wetting.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».