轻型木结构剪力墙抗侧力性能试验与有限元分析

为研究国产钉连接轻型木结构剪力墙的抗侧力性能,对7组14片不同尺寸规格和构造的剪力墙进行了标准推力试验,并利用ABAQUS建立了剪力墙的有限元模型,对其工作性能进行分析.结果表明:钉连接失效是导致剪力墙破坏的主要原因;剪力墙的承载力和刚度与墙体宽度成正比;开洞剪力墙的承载性能均比宽度与洞口两侧墙肢总宽度相等的剪力墙高;石膏板对剪力墙的承载性能有显著提高作用.由试验和有限元分析结果拟合得到了预测剪力墙的荷载-位移曲线、极限承载力和刚度的经验公式.

覆面板钉连接的承载性能试验研究

通过对60个采用国产圆钉制作的轻型木结构覆面板钉连接试件进行单调加载和单向反复加载试验,研究了钉连接的刚度退化和承载力变化规律.试验结果表明,除个别试件的覆面板断裂破坏外,绝大部分钉连接试件皆以M-c1屈服模式破坏,符合欧洲木结构设计规范钉连接计算对应的屈服模式;覆面板主方向与规格材木纹夹角对钉连接的承载性能有一定影响,但这种影响随试件放置时间的增长而减小;试件放置时间增长导致钉连接承载力和刚度下降;单向反复加载使钉连接刚度退化,而承载力略有提高,但随着反复加载次数的增加,两者都趋于稳定.通过对试验数据统计分析,得到了考虑退化的钉连接刚度计算公式.

层板胶合木拱的蠕变屈曲

目的研究蠕变对层板胶合木拱的稳定承载力的影响规律.方法通过建立层板胶合木的蠕变本构模型,推导应力-应变的迭代计算公式,结合ABAQUS有限元软件,编制描述胶合木蠕变行为的用户材料子程序UMAT,提出判断拱发生蠕变屈曲的双重条件,用有限元法分析不同跨度、矢跨比和截面规格的层板胶合木拱的蠕变屈曲特性.结果得到了层板胶合木拱的荷载水平与蠕变屈曲临界时间呈指数衰减的关系.当荷载水平为40%时,蠕变屈曲临界时间接近15 N;当荷载水平为35%时,蠕变屈曲临界时间增大到接近60 N;蠕变屈曲承载力-临界时间曲线在35%的荷载水平处出现一条水平渐进线,荷载水平在35%以下,木拱不会发生蠕变屈曲.结论层板胶合木拱蠕变屈曲临界时间只与荷载水平相关,不受跨度、矢跨比和截面规格的影响.胶合木拱的长期稳定荷载为瞬时稳定荷载的35%.

借鉴国际先进经验制(修)定我国木结构技术标准

阐述了我国木结构技术标准现状,及其与国际接轨的几个重要问题。建议按国际木结构的发展趋势,分别制定工业化、标准化生产的木制品标准,以及与此相应的结构技术标准;采用强度特征值指标予以标识木材强度;明确规定对结构可靠度及材料强度设计指标;对构件抗力和连接承载力的计算方法作必要的改进与调整;对规范内容作合理的取舍。

轴压圆柱薄壳的屈曲分析

通过对大量的试验数据进行数理统计分析 ,提出了计算轴心受压圆柱壳屈曲应力的经验公式 ,该式表明在其他因素相同的情况下 ,屈曲应力与壳体厚度t1 5 成正比 ,而经典理论则认为屈曲应力与厚度t成正比。通过圆柱壳在自重作用下的屈曲试验和有限元分析 ,验证了该经验公式的正确性。非线性有限元全过程分析显示 ,圆柱壳在其荷载位移全过程曲线上存在一个近似水平的后屈曲承载力“平台” (Plateau) ,与之相应的是在壳壁上形成了一个局部“凹陷” (Dimple) ,而试验得到的平均屈曲应力约等于平台对应的后屈曲应力。由此发现 ,试验或经验公式所得到的实际上是圆柱壳的后屈曲应力 ,而并非其初始屈曲应力。承受局部轴向压力的圆柱壳 ,在压力作用点附近亦形成一个与后屈曲承载力平台对应的局部凹陷。同上述凹陷一样 ,这类凹陷需要一个近似常量的压力来维持其不稳定的后屈曲平衡。给出了该作用力的计算公式 ,且它与t2 5 成正比 ,从而亦间接证明了后屈曲应力或经验公式确定的应力与t1 5 成正比的关系。对以往试验现象作出了合理解释 。

圆柱薄壳在局部轴向压力作用下的屈曲

采用非线性有限元法对局部轴向压力作用下圆柱壳的屈曲进行了全过程分析,并对其进行了试验研究。有限元分析和试验结果都表明,圆柱壳在压力作用位置附近发生局部屈曲并形成局部凹陷,维持后屈曲平衡的是一个近似常量的压力。该压力即为圆柱壳的后屈曲承载力,它决定着圆柱壳的实际承载力。在其它因素相同时,该压力与壳体厚度5.2t成正比。

混凝土薄壳结构一般非线性分析

论述了考虑材料的物理非线性的层合有限元模型，建立了适合弧长法计算特点的加载准则。利用所研制的ＮＡＰＳ－２程序，对几种混凝土和钢纤维混凝士薄完结构进行了一般非线性分析，揭示了这类结构的工作特性，得出了一些重要结论。

混凝土薄壳结构非线性分析及试验研究

本文简要介绍了用于非线性分析的薄壳单元、材料的本构关系和非线性平衡路径的跟踪方法，用自行研制的计算程序ＮＡＰＳ（ＮｏｎｌｉｎｅａｒＡｎａｌｙｓｉｓＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＳｈｅｌｓ）对几种混凝土和钢纤维混凝土（ＳＦＲＣ）薄壳结构进行了几何、物理非线性分析，并对钢纤维混凝土圆柱壳进行了稳定试验研究。

薄壳结构几何非线性全过程分析

本文简要推导了包括荷载刚度矩阵在内的大变形等参数薄壳单元的切线刚度矩阵，并介绍了平衡路径的跟踪方法。用自行研制的计算程序ＮＡＮ—１（ＮｏｎｌｉｎｅａｒＡｎａｌｙｔｉｓＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＳｈｅｌｌｓ）对几种薄壳结构进行了几何非线性全过程分析，讨论了结构的初始几何缺陷。和自重等因素对其屈曲性能的影响。

均匀轴压圆柱薄壳的稳定性分析

采用解析法、线性和非线性有限元法对均匀轴压圆柱薄壳的稳定问题进行了分析，就本文算例而言，三种方法所得的初始屈曲荷载是近似相同的。非线性有限元分析显示，在后屈曲阶段的荷载位移曲线上形成了一段近似水平的曲线，与之对应的是一近似常量的后屈曲承载力。通过对以往实验数据的统计分析，得到了计算屈曲应力的经验公式，其结果经与非线性有限元法的分析结果比较，初步发现试验得到的是圆柱壳的后屈曲应力而非其初试屈曲应力，从而得到了试验结果低于理论解这一实验现象的合理解释。

钢纤维混凝土圆柱壳稳定性能的试验研究

本文设计创作了一个钢纤维混凝土圆柱薄壳，采用一套特制的杠杆加载体系对其稳定性能进行了测试。利用自行研制的非线性计算程序ＮＡＰＳ－ｌ、ＮＡＰＳ－２（ＮｏｎｌｉｎｅａｒＡｎａｌｙｓｉｓＰｒｏｇｒａｍｆｏｒＳｈｅｌｌｓ）对该薄壳结构进行了几何非线性和一般非线性全过程分析，并将试验结果与理论计算结果进行了分析比较。

配筋折板工作性能的计算机模拟

本文从理论上和实验上研究了配筋水泥刨花板受弯构件(主要是折板)在荷载作用下的基本性能,提出了两种不同的破坏模式并进行了验证与分析.将结构分析的有限条法用于分析受弯构件,并用Pascal语言编制了可以模拟实验过程,用以计算承载力、挠度、含钢率以及进行截面设计的适用性较强的源程序.通过电算,进行了受弯构件的参数分析,并给出了最大、最小含钢率的算式.

复杂应力状态下木材力学性能的数值模拟

针对木材复杂的各向异性材料特点,建立了能反映木材正交各向异性弹性、抗拉和抗压强度不等、抗拉或抗剪时发生脆性破坏而受压时发生塑性变形等特性的本构模型。将木材弹性应力—应变关系简化为正交各向异性;选用Yamada-Sun强度准则来判断木材抗压时是否屈服,抗拉或抗剪时是否发生应变软化;通过引入损伤因子和弹性应变能,建立了木材发生脆性破坏时的应变软化模型;由屈服函数根据塑性一致性条件推导得木材抗压塑性发展的流动准则;通过设置初始屈服面和最终屈服面并约束屈服面由前者向后者转移来描述木材应变硬化,和横纹承压时的二次应变硬化。编制了用户子程序实现木材本构模型在ABAQUS的嵌入。通过有限元模拟结果与试验结果和Hankinson公式计算结果的对比,验证了所建本构模型是有效可行的。

中国古建筑木结构力学研究进展

中国古建筑木结构是我国乃至世界的宝贵文化遗产,也是中华文明的重要组成部分.随着时间的延续,对这些价值连城、失而不可复得的历史文物的保护日益迫切.本文从古木结构的木材力学性能、关键节点(斗栱、梁柱节点和柱脚节点)受力机理、木构架整体受力性能研究、结构残损勘查、安全评估及修缮加固等方面,总结了近30年来结构学者对古代木结构建筑的研究进展,以期为今后进行古木建筑的结构研究提供参考.

胶合木曲梁横纹应力及开裂研究

研究了胶合木曲梁纯弯曲区横纹应力与各向同性材料曲梁纯弯曲区径向应力.结果表明:胶合木曲梁纯弯曲区横纹应力与各向同性材料曲梁纯弯曲区径向应力分布规律大致相同,都是中性轴附近大,随距中性轴距离的增大而减小;胶合木曲梁纯弯曲区横纹应力以胶缝为分界线,呈锯齿状分布,层板髓心位置对应力峰值影响较大,髓心位于层板大面的胶合木其横纹应力最大,应力峰值是简化计算式的1.5倍.根据胶合木的应力特点和脆性开裂特点,建立了胶合木开裂损伤本构模型,并编制了相应的有限元软件ABAQUS用户材料子程序UMAT,成功预测了曲梁的横纹开裂及其极限承载力,与曲梁承载力试验相比,其刚度和极限承载力吻合良好.

轻型木结构中覆面板钉连接承载性能试验研究

通过对222个采用中国产圆钢钉制作的轻型木结构覆面板钉连接试件进行单调加载试验,研究了它们的承载性能。试验结果表明,钉连接发生模式M-c1屈服、覆面板断裂、覆面板剪坏、规格材撕裂和钉子穿透等5种破坏;直钉连接的承载力比斜钉高,而两者刚度基本相同;覆面板主方向与规格材木纹夹角对钉连接承载力和刚度的影响很小;荷载方向与规格材木纹夹角影响钉连接的刚度,但不影响其承载力。通过与欧洲木结构设计规范钉连接计算公式的分析对比,获得了符合中国轻型木结构覆面板钉连接的刚度计算公式,为计算分析剪力墙和横隔(楼盖和屋盖)的抗侧力性能提供参考。

应县木塔斗栱竖向受力性能精细化有限元模拟(英文)

山西应县木塔是我国现存最高和最古老的古代木结构建筑。木塔在建造时未曾使用过任何金属连接件,而是通过斗栱和榫卯连接各梁柱构件。木塔在遭受近千年的地震、强风以及人为破坏等作用后,依然屹立不倒,主要是斗栱和榫卯节点起着关键的作用。为了对应县木塔进行结构安全评估,对木塔斗栱的竖向受力性能进行了有限元分析。基于斗栱的真实构造、木材复杂的本构关系模型和各构件间的摩擦接触关系模型,建立了木塔典型斗栱的精细化有限元模型,并对其在竖向荷载下的受力性能进行了模拟分析。

小径木组合墙骨竖向承载力试验研究

小径木是主要来源于人工林抚育期间间伐作业的一种林副产品。由于具有各种缺陷,目前工程实践中尚未将小径木直接作为结构构件应用;而主要作为原材料使用,经济性较差。提出了一种可用作轻型木结构剪力墙墙骨的小径木组合墙骨,旨在将小径木作为结构构件使用。为研究该墙骨的竖向承载力,制作了12个竖向受压试件,其中每个试件包含3根墙骨。对其中6个试件进行了轴心受压试验,对另外6个进行了偏心受压试验,发现该墙骨有足够的竖向承载力。该研究成果有利于推动小径木作为结构构件的应用,可提高小径木的利用效率与经济效益。

胶合木植板连接黏结锚固性能试验研究

为研究胶合木植板连接的黏结锚固性能,对27个胶合木植板连接试件进行了单调加载对拉试验,变化参数包括钢板表面处理方式、钢板锚固长度、钢板宽度、胶层厚度及钢板端部传力构造。结果表明:对钢板进行砂纸打磨或化学刻蚀可大幅度提高黏结锚固强度,分别可达28%,51%;承载力随钢板锚固长度及宽度一定限度内的增加而增长,但锚固长度或钢板宽度增至一定水平后承载力趋于平缓不再增长;胶层厚度对承载力性能影响不大;当植板端部由带衬板的单排大直径钢销传力改为相近长度的单排焊缝传力,其承载力降低近20%。

工字形组合截面梁腹板的局部屈曲

为正确预测工字形组合截面梁的承载力,针对其腹板的局部屈曲问题进行了数值分析和试验.有限元分析表明梁腹板会在集中荷载下方发生局部屈曲或对无加劲肋的梁会在支座处发生局部屈曲.同时表明,正应力与剪应力基本呈线性关系,腹板上边缘处的局部压应力并不显著影响腹板的屈曲.采用硅橡胶制作模型梁,进行腹板屈曲试验,证明了数值分析结果的正确性.经对计算结果回归分析,给出了腹板屈曲计算公式的一种新形式.