基于异型件连接的胶合木网壳节点受力性能研究

为了减轻节点自重同时提高结构美观性,有必要开展新型木网壳节点连接形式研究。以已提出的新型K6网壳销式连接节点作为原始方案,进行2次改进。通过轴压性能试验确定改进方案1的有效性后,对改进节点进行抗弯性能试验。在此基础上提出改进方案2,并采用有限元分析的方法研究因试验条件受限导致的难以同时施加轴压力和竖向荷载的问题。结果表明:改进方案1受安装偏差影响较小,其实际承载力未像原始方案那样低于预期承载力设计值;节点中的异型钢连接件自重较目前应用较多的网壳节点轻20%~50%,在轴压性能试验中具有较好的弹性变形性能,抗弯性能试验中具有一定的塑性变形性能;改进方案2节点在轴压和竖向荷载共同作用时的受力性能明显优于竖向荷载单独作用时,说明轴压力对节点抗弯承载力有利;改进方案2节点抗弯承载力较改进方案1更有优势,经数据优化后提出的钢板厚度建议可为工程设计提供参考。

太原植物园大跨胶合木网壳销轴-钢插板支座节点受力性能试验研究

基于太原植物园大跨度胶合木网壳结构工程案例,针对支座处用于连接胶合木杆件与基础的销轴-钢插板节点,进行了两个单调加载及一个往复加载的抗弯试验,得到了节点的荷载-位移曲线及滞回曲线,给出了节点的转动刚度及承载力,并给出了节点的典型破坏模式。试验结果表明:节点抗弯承载力相当于胶合木构件抗弯承载力的24.4%,具有半刚性特征,在结构设计中应当予以考虑;同时,节点破坏模式表现为延性,滞回性能良好。最后,通过试验结果计算得到节点的转动刚度,并与设计进行对比,验证了设计的安全性。

太原植物园大跨胶合木网壳结构设计关键技术研究

太原植物园温室建筑造型呈"贝壳"形状,其中1#温室最大跨度为89.5m,最大高度29.5m,采用双向叠放胶合木梁形成网壳结构体系,在胶合木梁下部设置双向拉索,拉索和胶合木梁之间通过倒四角锥拉杆形成整个温室结构体系。提出了新型"Z"形木梁拼接节点和木梁叠放节点,可有效避免双向木梁在节点区被打断造成刚度削弱和连接困难,同时也满足了建筑效果的需求,该节点的设计保证了胶合木网壳结构体系的成立。进一步研究了倒四角锥拉杆节点及安装方法,可有效避免现场张拉索网的难题,并给出了一种索网结构的张紧安装方法。通过控制索的初始预应力来提高结构整体刚度和稳定性,采用几何非线性方法对结构进行各工况计算,并进行了特征值分析和极限承载力分析,验证了新型结构体系的可靠性,对拓展国内大跨度胶合木建筑的发展具有重要意义。

太原植物园大跨胶合木网壳木梁叠放连接节点刚度取值方法研究

以太原植物园为工程背景,结构采用了胶合木网壳-拉索新型结构体系,网壳采用双向叠放木梁,沿主向间隔两跨在上部木梁对应位置增设一根加强木梁,形成双向三层叠放木梁新型节点。该新型节点采用钢销和高强螺钉进行连接,受力复杂,需要进行足尺节点试验。根据受力特点分别设计了沿主向木梁加载和沿次向木梁加载试验方案,分别对节点进行了主、次向加载试验,得到节点抗剪承载力和位移关系曲线,结合主、次向加载节点破坏现象分析了节点受力特征。结果表明沿主、次向加载节点延性较好,具有较大的延性变形能力。进一步利用有限元软件MIDAS和试验结果数据计算得到节点的剪切刚度。

胶合木网壳半刚性节点受力性能试验研究

针对凯威特六型胶合木网壳节点,设计并制作了12个足尺节点试件。进行了在胶合木构件轴压力为0、100、200 k N和300 k N共4种工况下节点的受弯承载性能试验,对节点抗弯刚度和受力性能进行分析,研究节点的弯矩-转角关系、节点域破坏模式及其与构件轴压力的关系。结果表明:节点域破坏模式可分为胶合木构件受压破坏、受拉破坏和界限破坏。节点域胶合木构件受拉破坏的节点受弯承载力随木构件轴压力的增大而增加。随着胶合木构件轴压力的增加,节点的初始抗弯刚度增大。发生节点域胶合木构件受压破坏的节点,其刚度较木构件受拉破坏的节点有较大提高。试验测得了节点的荷载-位移曲线和弯矩-转角曲线,并拟合得到了弯矩-转角关系方程,结果表明适度的木构件轴压力有助于提高节点连接的延性。

太原植物园进口胶合木材性试验及应用研究

太原植物园温室结构体系为胶合木网壳结构,胶合木构件全部采用欧洲胶合木,材质等级为GL-28h,与国内胶合木材性有差异,胶合木材料参数及设计强度均需要通过试验确定。对胶合木分别进行了顺纹抗拉、顺纹抗压和横纹抗压试验,得到试件的弹性模量、比例极限强度、极限强度;进一步计算得到规格材材料的强度标准值,最终确定胶合木的强度等级。此试验方法可作为进口胶合木材料参数选取和评级的方法,试验结果可作为工程设计的依据。

带齿夹板钢木连接节点受力机理

为解决胶合木网壳螺栓连接节点初始刚度低、木梁螺栓孔易发生劈裂的问题,提出一种带齿夹板钢木连接节点。通过试验研究了带齿夹板节点(JD-2)在单调荷载作用下的力学性能和破坏模式,并与同尺寸下不含钢齿的普通夹板节点(JD-1)进行对比分析。为深入研究带齿夹板节点的受力机理,对带齿夹板节点进行有限元模拟。结果表明:JD-1的破坏模式为木梁沿螺栓孔水平连线方向的横纹劈裂破坏,JD-2的破坏模式为夹板屈服破坏;与JD-1相比,JD-2的初始刚度提高了47.18%,极限承载力提高了31.4%,延性系数提高了19.83%;钢齿与木梁之间的机械咬合作用可以有效减少木梁螺栓孔初始间隙对节点刚度的不利影响;在弯矩与剪力联合作用下,荷载通过钢齿及螺栓共同传递给木梁,减少了木梁螺栓孔的应力,因此延缓了木梁螺栓孔的开裂;随着夹板翼缘厚度的增加,节点的受弯性能呈现增大的趋势;增加夹板布齿率,木梁螺栓孔受到螺栓挤压应力减小,钢齿阻止夹板与木梁之间的相对滑动能力增强,建议夹板布齿率取0.46%~0.65%。