木网壳结构节点研究现状及关键问题

木网壳结构凭借绿色环保、通透美观和受力合理等优势被应用于工程。木网壳节点对木网壳稳定性能有着重要影响,其性能引起广泛的研究。文章基于典型的木网壳工程案例,论述了木网壳结构不同类型节点的设计方法。从节点力学性能、节点力学模型的简化方法以及节点性能对木网壳稳定性能的影响3方面综述了木网壳节点的研究现状,并进一步提出了木网壳节点研究亟须解决的关键问题。

采用板片构件的装配式木网壳结构设计

采用板片构件的装配式木网壳结构是一种以平面木板为主要构件的曲面网壳结构。平面木板构件通过数控切割技术加工得到,以其平滑的曲线轮廓塑造空间曲面造型。本文从构件、节点、布置形式方面阐明这类结构的设计理念,并通过具体的椭球形木网壳模型的设计与制作加以呈现。结果表明:采用板片构件的装配式木网壳结构具有加工精度高、节点设计简洁、施工装配化程度高、储运方便、造型优美等特点,有良好的工程应用前景。

半刚性单层球面木网壳整体稳定性试验

为了研究节点半刚性对木网壳整体稳定性的影响,设计一种钢管-耳板螺栓节点并应用于K6型单层球面木网壳模型,采用静力加载方式对其进行了全跨、半跨及简化加载试验。结果表明:采用半刚性节点的木网壳具有稳定承载能力。全跨加载时网壳顶点位移最大且最容易发生失稳,半跨加载时易发生局部失稳。简化试验中增加节点的抗弯刚度,木网壳模型的稳定承载力提高31%且节点的极限位移降低30%。最终利用ANSYS建立网壳数值模型对简化试验结果进行验证。

木网壳钢板群栓节点轴向滑移刚度试验与理论研究

作为大跨木网壳常见节点之一的钢板群栓节点,在轴向力作用下极易发生滑移变形,对整体网壳的力学性能产生不可忽略的影响。为研究不同参数对钢板群栓节点轴向滑移刚度的影响,对13组,考虑螺栓直径、数量、行距、列距以及材质等级等变化参数的钢填板-螺栓节点开展了单调加载试验研究,得到不同参数节点的轴向滑移刚度及变化规律,基于单栓的半无限体地基梁理论以及群栓弹簧模型建立了节点初始滑移刚度的理论公式。分析结果表明,节点轴向滑移刚度随螺栓直径的增大以及螺栓数量的增加,总体呈现非线性的增加趋势;螺栓列距、螺栓材性对轴向刚度影响的规律性不明显。采用弹性地基梁理论分析的节点刚度与试验结果吻合度较好,可作为木网壳群栓节点轴向滑移刚度的预测分析方法。

一种装配式木网壳节点轴向受力性能试验研究

单层木网壳结构因其造型美观、传力路径明确等优点应用较为广泛。文中针对现代木网壳节点中钢材外露、钢连接件过重等问题设计了一种新式装配式节点,对不同板厚的两组试件施加轴向力进行试验研究,结果表明,所设计的节点在轴向力作用下满足承载能力要求;异形连接件主要承担连接及传力作用,其中的板厚对节点承载能力影响较小;节点力学性能受安装误差影响较大。

木网壳结构半刚性装配式植筋节点受力性能研究

为研究新型装配式植筋木网壳节点的受力性能,设计并制作了两种不同截面形式的6组共计18个试件,开展偏心距分别为0、50 mm和100 mm的偏压性能试验,分析偏心距、轴向压力以及截面形式对节点半刚性特性的影响。结果表明:节点处发生核心区钢扣板局部屈曲、植筋屈服以及木材压裂等3种典型的破坏模式;偏心距大小对节点的破坏模式有影响,且与节点的初始转动刚度成反比;相同偏心距下,矩形截面试件节点的受弯承载力大于方形截面试件,但其转动延性不如后者;偏心距越小,轴力对节点初始转动刚度的增大效果越明显,初始转动刚度越大。根据试验得到的节点弯距-转角曲线,引入初始刚度系数、压力影响系数以及曲率形状系数,利用幂函数改进模型拟合得到了节点的半刚性弯矩-转角模型。对一单层半刚性节点球面木网壳进行整体荷载-位移全过程分析,发现其承载力远大于节点按铰接考虑的情况,且其跨中荷载-位移的全过程曲线发展趋势更加接近于节点刚接的网壳,整个结构具有良好的承载能力及延性。

单层K6型球面胶合木网壳结构受力性能试验研究

为分析不同节点刚度、矢跨比对单层K6型木网壳结构受力性能的影响,设计了4个跨度为4 m,矢跨比分别为1/10、1/5,连接节点分别为单列、双列螺栓的缩尺比1∶10网壳试件,进行了全跨、半跨以及破坏荷载作用下的试验。研究结果表明:在不同加载阶段,试件节点位移基本呈顶点位移最大,1环其次,2环最小的趋势,矢跨比对试件的初始刚度影响较大;半跨加载阶段,矢跨比对试件刚度的影响比全跨加载阶段更明显;破坏荷载作用阶段,矢跨比对提高试件跨中挠度达到l/400(l为跨度)时的加载值的影响更大,节点刚度对提高杆件出现第2条裂缝时的加载值的影响更大;矢跨比越大,试件由于节点处应力集中而易发生开裂,节点刚度提高有利于抑制第2条裂缝的发生,并减缓试件刚度的退化;矢跨比大的试件易发生承载力破坏,矢跨比较小的试件易发生失稳破坏。

大跨度木结构蒙古包的设计与工程实践

在我国“双碳”目标的实现和新时代中国民族建筑复兴的背景下,木结构建筑市场再次兴起。在原民族建筑文化内涵的基础上对结构进行创新,以满足现代市场的需求已成为新的研究方向。本文针对希拉穆仁草原景区设计了一座大跨度蒙古包,在不改变建筑材料的基础上,采用木网壳结构体系对传统建筑结构进行创新与优化,其最大跨度为23.5 m,最大高度为11.5 m,且整体结构稳定。在此基础上,利用有限元软件进行建模,对可能出现的各种工况进行静力计算和屈曲分析,验证了该结构的可靠性。本研究对我国大跨度木结构的发展和传统木结构建筑的创新具有重要的借鉴意义。

大跨度胶合木结构设计探索

首先对适合于大跨胶合木结构常见结构体系的结构构成、受力特点、适用范围进行了分析,包含木桁架结构、木网架结构、木网壳结构、木拱结构以及木张弦结构等大跨胶合木结构体系。然后通过青岛胶东国际机场航站楼指廊屋盖胶合木结构等4个实际工程项目探讨了大跨度胶合木结构选型和结构设计,对比了不同结构方案力学性能指标、木材用量指标。最后针对大跨胶合木结构设计还需要进一步完善的问题,如木材本构模型、节点分析、蠕变和湿度影响以及整体稳定分析等进行了讨论。