不同端柱截面的小截面木框架剪力墙抗侧性能试验与剪切刚度理论计算方法研究

我国的《木结构设计标准》(GB 50005—2017)中给出两种适用于低、多层建筑的木结构形式,分别为第7章的木框剪剪力墙体系和第9章的轻型木结构体系。对于轻型木结构体系国内外学者已经做了大量的研究而木框架剪力墙的研究相对较少。文章对不同端柱截面的小截面木框架剪力墙进行了低周反复加载试验,并采用ABAQUS有限元通用软件,通过自定义非线性弹簧单元模拟钉连接进行墙体数值模拟分析,研究墙体的抗侧性能和端柱对抗侧性能的影响。文中提出一种考虑了钉连接刚度、钉排布方式、端柱截面等因素的墙体剪切刚度计算方法,完善了小截面木框架剪力墙体刚度的计算理论。结果表明:剪力墙极限荷载、剪切刚度、累积耗能均随端柱截面的减小而降低;不同端柱截面的墙体延性系数接近并且均大于3,墙体具有较好的塑性变形能力;剪力墙工作过程中间柱、端柱应变较小,始终处于弹性阶段;提出的计算方法与试验结果、数值模拟结果均吻合良好,为该类结构体系的性能研究及工程设计提供了计算依据。

木质摩擦转动节点连接胶合木框架抗震性能试验研究与理论分析

传统钢填板连接胶合木框架在地震作用下梁端、柱端易发生劈裂破坏导致修复困难。该文研发了一种由木质摩擦转动梁柱节点与配置柱靴柱脚节点组成的新型胶合木框架,并分别对1/2缩尺单层单跨的一榀传统胶合木框架与一榀新型胶合木框架试件进行低周反复荷载试验,研究两类胶合木框架在破坏形态、滞回性能、耗能能力等方面的区别。结果表明:在侧向变形较小时,两类胶合木框架均无明显破坏,但随着变形增大,传统胶合木框架梁端发生明显劈裂破坏,而木质摩擦转动节点连接胶合木框架基本完好,震后可继续正常使用或易于修复;木质摩擦转动节点连接胶合木框架在承载力、刚度基本与传统胶合木框架接近时,其耗能性能显著提升,等效黏滞阻尼系数提升了约1倍。通过理论分析建立了木质摩擦转动节点连接胶合木框架的滞回模型,模型计算结果与试验结果吻合良好。基于上述结果,所研发木质摩擦转动节点连接胶合木框架可在进一步研究后推广应用。

竹锚杆—木框架梁支护边坡的数值模拟

为了对竹锚杆和木框架梁的支护作用进行分析,运用Midas GTS/NX软件对竹锚杆—木框架梁支护边坡进行了数值模拟,研究了竹锚杆的轴力、剪力、弯矩以及木框架梁的弯矩。最后分析了有无竹锚杆—木框架梁支护的边坡对边坡安全系数和边坡塑性区的影响。结果表明:竹锚杆-木框架梁对黏性土边坡能够起到良好的支护效果,不会在黏性土边坡中产生潜在的滑动面,从而导致边坡发生滑动。没有竹锚杆—木框架梁支护的边坡安全系数为1.05,而有竹锚杆—木框架梁支护的边坡安全系数为1.51,竹锚杆—木框架梁对边坡的能够起到良好的加固效果,有利于边坡的稳定。

高层胶合木框架-混凝土核心筒结构振动台试验研究

为研究高层胶合木框架-混凝土核心筒结构的抗震性能,设计制作一个缩尺比例为1∶3的12层高层胶合木结构模型,并对模型开展振动台试验。试验中考虑了7度多遇至9度罕遇烈度水平,得到不同水准地震作用下模型的加速度响应、位移响应和层间剪力分布等,并基于白噪声扫频结果确定模型的动力特性。试验结果表明,高层胶合木框架-混凝土核心筒结构模型的主要破坏集中于混凝土核心筒,胶合木框架的损伤相对有限。模型具有良好的耗能能力,罕遇地震作用下模型的阻尼比均超过10%。模型的各楼层加速度放大系数在0.5~3.0,结构顶层的加速度放大系数明显高于其他楼层。7度多遇地震作用下,模型的最大层间位移角在多数工况下均能满足现行规范的规定,说明高层胶合木框架-混凝土核心筒结构具有良好的抗侧刚度。在8度~9度罕遇地震作用下,模型并未出现倒塌破坏,说明高层胶合木框架-混凝土核心筒结构能满足“大震不倒”的抗震设防目标。

不同上部刚度对木框架剪力墙受力性能影响的试验研究

木框架剪力墙试验研究时,荷载传递梁的刚度对木框架剪力墙的破坏模式以及侧向荷载承载力有直接的影响,当木框架剪力墙墙端以及墙中洞口边未采用墙端锚栓时,这种影响更甚。当墙顶连接铰接荷载传递梁时,在水平荷载作用下,木框架剪力墙的墙端易于被上拔而与墙基础分离,此时试验所得到的木框架剪力墙的侧向荷载承载力接近于下限值;反之,刚性荷载传递梁所得到的木框架剪力墙的侧向荷载承载力接近于上限值。主要通过22片墙体的试验研究来了解上层墙体、楼盖刚度对下层木框架剪力墙受力性能的影响。其中16片为6m长2.44m高的单层足尺木框架剪力墙,墙顶一半采用铰接荷载传递梁一半采用刚性荷载传递梁,4片为足尺典型二层墙体,另外2片为增加了墙端锚栓的单层足尺木框架剪力墙。对试验结果从初始刚度、极限荷载、极限位移、能量耗散以及锚栓内力等方面进行分析,最后形成了采用刚性荷载传递梁和二层墙体均能增加墙体侧向荷载承载力的结论。

胶合木框架-剪力墙结构抗侧力性能试验研究

为了进一步研究胶合木框架-剪力墙的的抗侧力性能,本文针对胶合木框架、木剪力墙和胶合木框架-剪力墙三种结构开展了六项低周反复荷载试验研究,明确了破坏形态,分析了胶合木框架-剪力墙的受力机理,研究了不同结构形式的抗侧力性能以及墙体的连接、墙体开洞、跨高比等参数的影响。研究结果表明:胶合木框架-剪力墙的破坏模式以面板钉连接的破坏为主。胶合木框架与木剪力墙间的钉连接形式可靠,足以限制端部墙骨柱的上拔.胶合木框架-剪力墙的弹性抗侧刚度可视作胶合木框架以及木剪力墙的弹性抗侧刚度之和,但其极限承载力要大于胶合木框架与木剪力墙二者之和。

有翼缘和竖向荷载的带洞口木框架剪力墙的试验研究

轻型木结构房屋在我国尚处于发展阶段,木框架剪力墙试验的目的是为我国轻型木结构房屋的推广和规范的修订提供理论和试验依据。木框架剪力墙是轻型木结构房屋中的主要抗侧力构件,研究木剪力墙的力学性能和黏滞阻尼特性是木结构房屋整体分析的基础。通过6片2.4m高6.0m长的无墙角锚栓的传统木框架剪力墙的单向和反复荷载试验,研究了竖向荷载、翼缘墙体和洞口尺寸对剪力墙的抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、墙骨柱上拔和耗能等的影响。结果表明,作用于横墙上的竖向荷载可以显著地提高剪力墙的各项性能,作用于翼缘墙体上的竖向荷载可以降低端部墙骨柱的上拔和部分提高剪力墙的抗剪强度和耗能,洞口尺寸的变化主要影响到墙体的极限位移。试件的破坏形态主要是钉节点的破坏和端部墙骨柱的上拔。

嵌筋与外贴钢板加固木框架填充墙抗震性能试验研究

为了研究木框架内砖砌体填充墙的抗震加固方法,共完成了3个缩尺试件的低周往复荷载试验.基于试验研究,得到了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性和耗能能力等抗震性能指标.试验结果表明:未加固试件的破坏主要由填充墙的剪切裂缝控制且伴有平面外倾斜,木框架未见损伤;对砖砌体填充墙采用嵌入水平钢筋与端部外贴钢板进行加固可以有效地提高试件的承载力与延性,且一定程度的裂缝损伤对加固后试件的名义屈服荷载、峰值荷载影响不大,但对延性与能量耗散能力影响明显.

基于ANSYS的木框架有限元静力弹塑性分析

采用大型有限元软件ANSYS10.0对单调水平荷载作用下一榀门式木框架及其各种加固方案进行了静力弹塑性计算分析。通过各种加固方式屈服荷载、极限荷载大小的比较以及相对于未加固木框架提高程度的比较,从中得出了对门式木框架加固的最佳方案,为木柱、梁-土坯组合墙体的抗震加固提供方案。

国产材料木框架墙体抗剪性能研究

以进口OSB板、国产胶合板、国产花旗龙板为墙面板,进口SPF和国产杉木为墙骨,设计制作5组木框架墙体试件,通过静力单向荷载试验和低周循环荷载试验测试木框架墙体抗剪性能,研究了不同材料组合对木框架墙体抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、耗能的影响.结果表明:采用国产胶合板的墙体具有良好的抗剪性能,可应用于剪力墙制作,而采用国产花旗龙板的墙体其抗剪性能较差,建议在实践中仅作为强度储备;采用国产杉木墙骨柱的墙体其抗剪性能稍劣于采用SPF墙骨柱的墙体;与标准墙相比,采用国产杉木和国产胶合板制作的墙体其抗剪性能明显降低.

传统榫卯节点木框架抗震加固方法的试验研究

为增强传统木结构的抗震性能,研发了竹支撑加固、单向钢拉杆耗能支撑加固和角钢加固三种加固方法。通过包括对比木框架试件和加固木框架试件在内的4榀足尺榫卯节点木框架试件的低周反复试验,研究了加固前后榫卯节点木框架的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能与榫卯节点的弯矩-转角关系。试验结果表明,三种加固方法均能不同程度提高榫卯节点木框架的侧向承载能力,并且具有良好的耗能能力。在合理设计基础上,提出的加固方法与施工工艺可为传统木结构的抗震加固提供有效的技术支撑。

填充剪力墙梁柱式木框架混合结构抗侧力

为了研究填充剪力墙梁柱式木框架混合结构抗侧力性能,制作了两种梁柱框架节点,采用单调和往复加载的试验方法,对内填钢板螺栓连接和植筋连接梁柱式木框架节点的受力性能进行试验研究.采用SAP2000软件建立填充剪力墙梁柱式木框架混合结构的有限元分析模型,分析了混合结构的抗侧力工作机理和性能.研究结果表明:内填钢板销式连接框架节点初始阶段刚度近似为零;植筋连接框架节点具有较高初始刚度和承载力;木框架侧移变形能力是剪力墙的2～3倍,填充剪力墙梁柱式木框架混合体系的抗侧力承载力不能充分利用木框架的抗侧力承载力,出现明显的框架抗侧力滞后现象;混合体系抗侧力性能更加接近于剪力墙,可以按剪力墙的要求分析;混合结构抗侧力承载力为组成框架和剪力墙承载力之和,可以采用本文提出的理论分析模型计算.

带剪刀撑木框架墙体抗剪性能试验研究

彩图制作了5组10片木框架剪力墙分别进行单向和反复荷载试验,研究了剪刀撑及不同覆面板对剪力墙的抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、耗能的影响。试验数据说明:增加剪刀撑的墙体最大墙骨柱上拔量仅为未加剪刀撑的对照墙体墙的22.7%,剪刀撑对于抑制墙骨柱上拔的现象有显著作用,能控制墙体面板钉连接破坏先于墙骨柱连接破坏;而且剪刀撑还能增大墙体刚度,约束墙体位移。此外,试验各项参数表明:采用国产胶合板作为覆面板的墙体的抗剪性能良好,说明国产胶合板可以替代OSB板应用于剪力墙制作;而采用国产花旗龙板作为面板的墙体抗剪强度远远低于GB50005-2003《木结构设计规范》中采用木基结构板材的剪力墙抗剪强度设计值(fvd为4.7kN/m)的指标要求,建议在实践中仅作为强度储备。

国产落叶松规格材木框架墙体抗剪性能研究

以日本落叶松、兴安落叶松及进口云杉-松木-冷杉(SPF)为木框架,以进口定向刨花板(OSB)为覆面板材料,设计制作了3组共12面木框架墙体.通过单向加载试验和低周往复加载试验,研究了不同木框架对墙体的单位长度承载力、极限位移、弹性抗侧刚度和耗能的影响.结果表明:以日本落叶松、兴安落叶松及进口SPF为木框架的墙体,单位长度承载力分别为9.59,7.08,9.05kN/m,极限位移分别为58.09,53.33,65.84mm,弹性抗侧刚度分别为1 369.92,1 126.30,1 119.04kN/m,耗能分别为7 839.89,5 262.74,8 027.20J/m.以日本落叶松制作的木框架墙体抗剪性能最好.

实木框架家具力学结构分析方法

我国传统家具以明式家具为典型,使用天然实木加工而成,主要采用框架式结构,构件间常以榫卯形式接合,因构造上的科学性与合理性而被广泛沿用。随着家具工业化的不断发展,现代实木家具结构中的榫卯接合已相对简单,框架结构也得到了极大的简化。

胶合木框架-剪力墙结构抗侧力性能有限元分析

胶合木框架-剪力墙结构是一种在胶合木框架中内嵌轻型木剪力墙的结构形式,这种结构形式既改善了胶合木框架结构的抗侧力性能,又突破了轻型木结构在结构形式上的局限性,可以广泛地运用于居民住宅以及大型的场馆、会所等。采用通用有限元分析软件ABAQUS对胶合木框架以及胶合木框架-剪力墙结构体系进行了三维实体建模分析,精细化地模拟了结构中的螺栓连接以及钉连接,模拟得出骨架曲线在弹性阶段与试验值吻合得较好。

康巴藏区木框架承重式碉房的类型研究

康巴藏族是藏族三大民族支系之一,分布在今天西藏自治区昌都地区、四川省甘孜州全境、阿坝州与凉山州部分地区、青海省玉树州以及云南省迪庆州等地,碉房是这里除帐篷外的另一大建筑体系,而其中的木框架承重式碉房是康巴藏区中最具代表性的碉房类型。在实地调查与文献研究的基础上,首先,从结构视角建构了木框架承重式碉房体系的构成类型;其次,围绕空间与结构两大主题,分析了这些类型间的演进关系;最后,归纳与分析了各类型的地域性分布规律。

木框架有限元静力弹塑性分析

采用大型有限元软件ANSYS10.0对单调水平荷载作用下一榀门式木框架及其各种加固方案进行了静力弹塑性计算分析.通过各种加固方式下屈服荷载、极限荷载大小的比较以及相对于未加固木框架提高程度的比较,从中提出了对门式木框架加固的最佳方案,从而为木柱梁-土坯组合墙体的抗震加固方案奠定了基础.

木框架剪力墙受力性能的试验研究

木框架剪力墙是轻型木结构抵抗侧向荷载的重要构件,研究木框架剪力墙的抗侧力性能是研究轻型木结构抗侧力性能的关键。木框架剪力墙抗侧力性能试验研究时,与顶梁板相连的荷载传递梁刚度对木框架剪力墙的抗侧力性能以及破坏模式有直接影响,当木框架剪力墙墙端以及墙中洞口边未采用墙端锚栓时,这种影响更甚。本文采用荷载铰接传递梁、连续刚性荷载传递梁以及一种新型、位于顶梁板侧边的荷载传递梁对三片不同类型的足尺木框架剪力墙进行了单向、反复加载试验研究,其中一片为无洞口剪力墙、一片开门洞剪力墙、一片开窗洞剪力墙,重点研究其破坏形态、抗剪强度、极限位移、弹性抗侧刚度,并对三种荷载传递梁木框架剪力墙抗侧力试验结果进行了分析。

基于摇摆与剪切协同的柱脚叉接木框架抗侧荷载-位移曲线模型

榫卯连接木框架是传统木结构中的基本承力构件,研究表明其在竖向和水平荷载共同作用下具有摇摆和剪切两种抗侧机制。文章综合考虑木框架摇摆与剪切变形,根据变形协调和弯矩平衡条件,推导竖向荷载和水平荷载共同作用下,柱脚叉接榫卯连接木框架抗侧荷载-位移关系的曲线模型,提出木框架抗侧弹性极限荷载点、峰值荷载点及其切线刚度和下降段刚度的计算方法。基于叉接柱脚木框架抗侧试验对模型进行验证,结果表明:理论模型与试验结果吻合较好,模型计算结果误差小于15.5%。理论研究成果对于传统木结构抗震性能分析和设计具有参考价值。