基于断裂力学的木结构螺栓节点横纹受拉承载力算法研究

在重型木结构框架和屋面桁架等木结构体系中,螺栓-钢填板连接节点往往会受到横纹方向荷载作用,破坏源于裂缝的萌生和扩展,存在突然性。以横纹受力的螺栓-钢填板连接节点为研究对象,基于断裂力学原理推导螺栓端距为零和无穷大时节点横纹受拉承载力计算式,在此基础上提出基于等效受拉面积的螺栓节点横纹受拉承载力计算式。该算法克服了现有计算式不能同时考虑节点区木构件有效高度和螺栓端距影响的局限性。基于所收集的单螺栓和多螺栓节点横纹受拉荷载实测值和相应的材料性能测试数据,比较了试验结果和预测算式,以及国内外相关规范中的计算式与计算结果的差异。结果表明,所提出的计算式具有良好的计算精度,且概念清晰,便于使用,可以为我国相关规范修订提供参考。

碳纤维增强胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力性能研究

胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力会出现脆性破坏的现象。为研究碳纤维(CFRP)增强对胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受力破坏模式、承载能力和变形能力的影响,考虑CFRP铺设位置和层数,开展销槽承压强度试验,再以螺栓边距、中距、数目、排列方式和CFRP增强方式为参数,开展节点的横纹受拉试验和有限元分析。结果表明:双面或四面粘贴2层或4层CFRP布,销槽承压强度最大可提高171%,离散系数最大可降低84%;CFRP增强节点的破坏模式由脆性破坏转变为延性破坏,极限载荷最大可提高181%,位移延性系数最大可提高625%;增强后螺栓横纹边距和中距可适当减小。基于试验结果及相关规范,给出CFRP增强横纹销槽承压强度和CFRP增强胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受拉承载力表达式,可为工程设计提供参考。