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。

钢筋增强钢夹板-螺栓连接胶合木梁受力性能试验研究

为改善钢夹板-螺栓连接胶合木梁的刚度在到达极限荷载55%~70%区间内存在减小的问题,设计制作了3组共12根钢筋增强钢夹板-螺栓连接胶合木梁,通过改变配筋率进行三分点加载试验,并与相同设计参数的胶合木梁和钢夹板-螺栓连接胶合木梁进行对比试验。观察记录试件的受力过程和破坏现象,实测各组试件的极限承载力、荷载位移曲线和应变曲线,对比分析增强筋对各组试件破坏机理、抗弯刚度和极限承载力的影响规律。试验结果表明:与钢夹板-螺栓连接胶合木梁相比,钢筋增强钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗弯承载力和整体弯曲刚度在增强筋的作用下均有显著提高,钢夹板-螺栓连接试验梁在到达极限荷载55%~70%区间内刚度减少问题得到明显改善。钢筋增强钢夹板-螺栓连接试验梁的破坏形式随着配筋率的增大,逐渐由受拉脆性破坏向受拉延性破坏再到受压延性破坏进行转变。增强梁截面应变沿高度方向的分布基本符合平截面假定。依据试验数据和理论推导,得出了钢筋增强钢夹板-螺栓连接试验梁抗弯计算公式,其理论结果与试验结果吻合较好。研究表明,在钢夹板-螺栓连接胶合木梁受拉区配置增强筋可以有效改善其后期刚度减少的问题,并提升其抗弯性能,可为此类连接木梁的增强提供理论依据和试验支撑。

胶合木梁柱削弱型钢填板-螺栓连接数值模拟及参数分析

设计了槽式削弱的新型钢填板-螺栓连接,建立多组有限元模型进行数值分析。将新型连接与普通连接在刚度、延性、承载力等方面进行对比分析。考虑开槽个数、开槽边距、开槽长度、削弱高度等因素对梁柱连接性能的影响,采用正交试验设计法确定不同因素组合的模型方案,并用有限元方法探讨各因素对梁柱连接性能的影响程度和影响规律。结果表明:槽式连接的应力与变形主要集中于钢填板,且屈服早于木材的横纹劈裂,连接失效时,钢填板已发生大面积屈服,有效避免了木梁的过早劈裂,并为梁柱连接提供较好的延性;削弱高度和开槽个数的影响最为显著,增加削弱高度以及开槽个数,使得连接整体屈服更早,而延性增强;开槽边距增大,连接的承载力提高,但延性减小;开槽长度对于槽式连接的刚度影响作用有限,但对屈服弯矩和延性系数的影响比较明显。

木结构钢填板预应力套管螺栓连接性能试验

针对木结构螺栓连接初始刚度低的问题,提出了一种新的连接形式——钢填板预应力套管螺栓连接.在这种连接形式中,张拉后的螺杆使放置于木孔内且紧贴木孔壁的套管顶紧钢填板;在节点受力初期,主要利用钢填板与套管间的摩擦力抵抗钢填板相对于木槽的滑移.为研究连接性能,对单个新连接节点以及普通螺栓连接节点进行了抗拉试验,试验结果表明,新连接节点具有较好的承载力和刚度;在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.另外,考虑到《木结构设计规范》GB5005—2003对销轴类连接节点顺纹端距的严格要求,又对一组端距小于规范要求的单个新连接节点进行了顺纹抗拉试验,试验结果表明,小端距的新连接节点承载力和刚度仍优于普通螺栓连接节点;同样,在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.

钢夹板—螺栓连接胶合木抗剪性能试验研究

为了研究钢夹板—螺栓连接胶合木的抗剪性能,以东北落叶松胶合木—钢夹板螺栓连接件为研究对象,共设计12组(36个)钢夹板—螺栓连接胶合木进行剪切静载试验,结合理论分析和试验结果表明:材料规格和螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪能力明显高于并列布置;随着螺栓列数的增加,屈服荷载与极限荷载明显提高,且螺栓列数与剪切荷载呈非线性关系;在多螺栓连接件中,随着螺栓间距的增大,连接件的初始刚度与屈服后刚度呈减小趋势,极限荷载与屈服荷载呈增大趋势。

胶合木钢夹板螺栓连接节点的抗火性能

为研究我国常用树种胶合木钢夹板螺栓连接节点的抗火性能,进行了4个胶合木钢夹板螺栓连接试件的炭化速度试验,以及两组(共8个)胶合木钢夹板螺栓连接试件在不同持荷水平下的耐火极限试验.结果表明:钢夹板边缘内侧区域木材的炭化速度小于钢夹板边缘外侧区域,不同截面的水平向炭化速度小于竖向炭化速度,炭化速度随着受火时间的延长有降低的趋势;试件端距达到规范要求后,将端距从7d增加到10d并不能明显提高耐火极限,耐火极限随着持荷水平的增加而明显降低;其他条件相同时,耐火极限试件升温快于炭化速度试件.

基于宏观建模方法的胶合木-钢夹板螺栓连接数值模拟

为解决胶合木-钢夹板螺栓连接三维有限元模型计算效率低、收敛性差的问题,采用一种有限元宏观建模方法进行胶合木-钢夹板螺栓连接的模拟,该方法通过非线性一维单元的组合,从而简化连接节点性能的有限元计算。同时,结合胶合木-钢夹板螺栓连接件抗剪性能试验,建立各连接节点的宏观模型和传统三维有限元模型。通过对比试验结果与宏观模型的计算结果,来验证该有限元宏观模型的计算效率及计算精度。研究结果表明:胶合木-钢夹板螺栓连接的宏观模型与连接件抗剪性能试验的荷载-滑移曲线是一致的,该宏观模型能够正确反映胶合木-钢夹板螺栓连接节点的剪切性能、滑移特性、滞回性能、刚度退化和失效特性。相比传统三维有限元计算方法,有限元宏观模型的计算成本相对较低,且收敛性较好。有限元宏观建模方法可有效提高具有大量连接的复杂结构非线性分析的计算效率。

基于销槽承压弹塑性模型的胶合木-钢夹板螺栓连接抗剪性能研究

为了提高胶合木-钢夹板螺栓连接构件抗剪承载力的计算精度,在考虑构件厚径比的影响下,对单螺栓连接的胶合木-钢夹板连接构件进行了抗剪性能试验。采用推出试验的方法,设计了5大组,3小组共45个推出试件,探究其从加载到破坏整个过程中的剪切破坏情况。基于销槽承压理想弹塑性模型、螺栓连接的承载力理论与Johansen的"屈服理论",提出了3种螺栓连接在抗剪承载力下出现的剪切破坏模式,并推导出胶合木-钢夹板螺栓连接构件的抗剪承载力计算公式。试验结果表明:胶合木-钢夹板单螺栓连接中,随着厚径比的增大,螺栓连接破坏模式会逐渐由"单铰"破坏模式变成"双铰"破坏模式。通过推导式计算的胶合木-钢夹板螺栓连接件抗剪承载力理论值和试验值差值最大差值仅为8. 72%,计算结果与试验结果吻合良好。

胶合木-钢夹板螺栓连接滞回性能试验

【目的】为探明胶合木-钢夹板螺栓连接的动力性能和抗震性能,确保连接件在车辆、机械振动等动力荷载下的可靠性。【方法】针对胶合木-钢夹板螺栓连接的构造特点,考虑胶合木厚度和螺栓直径之比(厚径比)、螺栓顺纹间距、螺栓并列和错列布置方式等参数的影响,设计制作了4类13组共39个胶合木-钢夹板螺栓连接件,在低周反复荷载作用下进行滞回性能试验。【结果】试验结果表明:在单螺栓连接中,连接部位的破坏模式逐渐由"螺栓刚直"向"双铰"转化,胶合木销槽破坏模式逐渐由销槽整体承压破坏向两端部挤压破坏转变,试件滞回曲线基本都呈现饱满的弓形和棱形,具有良好的耗能能力和抗震性能,但其承载能力较低。在多螺栓连接中,螺栓和胶合木的破坏模式分别以"双铰"破坏和销槽端部挤压破坏为主,试件滞回曲线均呈现饱满棱形,该类试件在承载能力、抗震性能和耗能能力上均有大幅提升;随着螺栓顺纹间距的增大,试件的承载能力不断增大,但螺栓顺纹间距在200 mm时,极限荷载增幅趋于平缓,初始刚度增涨大幅放缓,且整体刚度退化与螺栓顺纹间距为250 mm时基本相同;螺栓并列布置滞回曲线饱满程度好于错列布置;螺栓双排布置承载能力比单排布置的承载能力更高,刚度退化更小。【结论】胶合木-钢夹板螺栓连接具有较好的耗能能力、抗震性能及延性性能;螺栓顺纹间距在200 mm时,抗震性能最佳;螺栓错列布置的抗震性能比并列要好,螺栓双排布置的抗震性能更优越。

木材—钢填板螺栓连接节点结构性能试验研究

文章主要对木材—钢填板螺栓连接节点顺纹受拉时的承载力进行研究,针对5组不同螺栓连接类型的连接节点的承载力性能进行试验研究,并分析其破坏模式和破坏机理。螺栓连接节点的延性随着螺栓数量的增加逐渐降低。采用欧洲、加拿大、美国规范的有效螺栓节点数计算公式对螺栓节点进行理论计算,并对比各自的准确性。欧洲规范得到的理论值与试验值吻合度较好。

木材-钢填板螺栓连接的承载能力试验研究

文章主要研究木材-钢填板螺栓连接在顺木纹受拉时的承载能力。通过试验研究,对4组不同木材厚度共20个螺栓连接试件的结构性能进行了对比,同时深入研究了其不同破坏模式和破坏机理。木材-钢填板螺栓连接的破坏模式、承载力大小及其延性性能均与连接中侧材厚度的相对大小有关。木材-钢填板螺栓连接在现代木结构中具有广泛的应用前景,本文研究成果可为我国现代木结构的加工、设计和应用提供参考。

螺栓排列对内填钢板胶合木梁柱和梁式节点力学性能的影响

为研究螺栓排列方式对内填钢板胶合木节点力学性能的影响,对螺栓齐列、错列的胶合木梁柱节点及梁式节点进行单调加载试验。探讨节点失效模式及破坏机理,获得该类节点的弯矩-转角及荷载-位移曲线,并对节点的刚度、延性、承载能力进行分析。试验结果表明,除加载初期,螺栓与螺孔之间因初始空隙发生接触的低刚度段外,节点受力过程大致可分为弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。螺栓错列可以提高梁柱节点及梁式节点的受弯、抗拉承载力和极限变形:其屈服弯矩和抗拉屈服荷载相较于螺栓齐列梁柱节点及梁式节点,分别提高了35%和7.1%。螺栓错列梁柱节点在塑性阶段变形较小,其延性系数约为螺栓齐列梁柱节点的71%;螺栓错列梁式节点的塑性变形较大,延性较好,抗拉延性系数为螺栓齐列梁式节点的2.79倍。

带裂缝胶合木梁柱螺栓-钢填板加固节点的抗弯性能研究

对于带裂缝胶合木梁柱螺栓-钢填板连接节点,提出了运用钢箍、碳纤维布和自攻螺钉三种加固方案。在考虑裂缝影响的基础上,利用ABAQUS有限元软件对加固节点进行精细化模拟,分析加固节点的应力分布与变形情况,研究加固节点的抗弯性能,并与完好节点、未加固带裂缝节点进行对比。结果表明,加固节点的承载力和刚度可有效恢复,不同加固节点的抗弯承载力可恢复至完好节点的954%-1018%,初始刚度可恢复至完好节点的979%-1026%,其中抗弯承载力相比于未加固节点提高约644%-756%。另外,钢箍、碳纤维布和自攻螺钉均可有效地限制既有裂缝发展,提高加固节点的延性,恢复节点的耗能能力。

胶合木-铝合金填板螺栓连接节点性能的试验研究

铝合金相较于钢材,自身防腐性能优异,后期基本不需维护;材性很软,加工较为方便,可以不预钻孔,现场加工。鉴于此,本文对胶合木-铝合金填板(不锈钢)螺栓连接节点的力学性能进行了试验研究,将胶合木侧材厚度、铝合金填板厚度作为影响要素,分析了此类连接节点的破坏模式和承载能力。

胶合木钢填板-螺栓节点抗弯刚度研究

为明确胶合木钢填板-螺栓节点的半刚性特征,进行了考虑螺栓行距、列距、列数和胶合木截面高度等参数变化的胶合木钢填板-螺栓节点抗弯试验。得到节点抗弯刚度后与欧洲木结构设计规范((BSEN 1995-1:2004))、日本木质构造接合部设计手册里节点抗弯刚度公式计算结果进行对比,结果表明规范公式计算的节点抗弯刚度均小于试验值,通过修正规范公式可以得到更加准确的计算结果。针对日本木质构造接合部设计手册的公式引入了滑移系数修正值和顺纹嵌入刚度修正值,修正后的公式准确度高,在胶合木结构设计的过程中可以用于计算节点的抗弯刚度并得到节点抗弯刚度折减系数。

日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接横纹承载性能

【目的】研究日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接在横纹荷载作用下的破坏机制和承载性能,为木结构梁、柱构件金属件连接时梁端销连接设计提供依据。【方法】在梁端部开槽钻孔后将单个钢销连接到内嵌钢填板,分别对日本柳杉锯材梁和胶合木梁进行横纹荷载作用下的弯曲剪切加载试验,按照日本通行数据分析方法确定销连接短期承载力标准值,并与5个不同国家标准规定的屈服荷载计算值进行比较。【结果】加载初期,荷载-位移曲线呈线性关系,构件处于线弹性阶段,随着位移增加曲线呈非线性,构件进入弹塑性阶段,当位移增加到一定数值,梁端出现初始脆性开裂,荷载瞬间急速减小,随后荷载又随位移增加再次上升,加载至极限状态时,梁构件产生劈裂破坏丧失承载力;最终的破坏形态为梁构件沿销孔水平剪切面开裂、销连接屈服模式Ⅲ型;通过足尺试验得到断面尺寸120 mm×240 mm锯材梁和胶合木梁的钢填板单个销连接短期承载力标准值取决于屈服荷载,分别为8.6和13.7 kN,初始开裂对应的荷载平均值分别为15.0和21.1 kN,屈服荷载平均值分别为14.50和15.00 kN,最大荷载平均值分别为27.0和30.8 kN。【结论】胶合木梁钢填板销连接的最大荷载和屈服荷载平均值均大于锯材梁,且变异系数明显小于锯材梁,含水率低而变异小,从而导致试验获得胶合木梁销连接的短期承载力标准值明显高于锯材梁,当销连接作为中小断面梁柱构件的主要连接方式时,宜选用强度等级确定、质量合格的胶合木作为木构件,比锯材具有更高的连接承载力。梁端销连接节点承载力与单个销连接承载力和销数量具有良好的相关性,可作为梁柱节点梁端销连接设计依据。销连接部位发生销屈服后木材开裂,初始开裂取决于木材抗剪强度、横纹抗拉强度和销所在的梁高部位以及销孔到梁端的距离,发生初始开裂后钢销仍能起到支撑作用,连接节点延性较好;锯材梁和胶合木梁短期承载力标准值与标准中规定的屈服荷载公式计算值吻合度较好。各国标准中关于脆性破坏计算公式均能较好预测销连接木材的脆性破坏,与试验值比较,日本标准对于劈裂破坏的计算值最为接近,欧洲和加拿大标准的计算结果更趋于保守,我国现行标准在销连接设计中尚未考虑木材的脆性破坏,今后应进一步研究完善销连接计算公式和参数,更好地保证木构件连接安全可靠度。

空心胶合木-钢插板螺栓节点承载力试验研究

为研究空心胶合木-钢插板螺栓连接节点承载力及延性性能,探讨了不同胶合木宽度和螺栓直径对破坏模式的影响,分析了不同宽径比、承压宽度对节点承载力、延性等的影响。结果表明:增加宽径比及承压宽度,可有效提高节点延性。宽径比12.5~16.4的节点延性较佳;宽径比10.0~10.9是单、双塑性铰破坏模式的临界点,可作为工程设计参考值。

螺栓连接胶合木梁柱节点耐火极限的试验研究

通过5根螺栓连接胶合木梁柱节点耐火极限试验,研究螺栓连接胶合木梁柱节点的升温规律和耐火极限,结果表明:常温下螺栓钢填板连接节点的承载力比U形连接件连接节点高,各测点温度随着受火时间的增加而升高且停火后温度下降较慢;测点离木截面表面距离越近,温度越高;距木截面表面距离相同处,螺栓位置温度比节点区域外梁柱截面处温度高;相同类型的胶合木节点,随荷载比增加耐火极限减小;相同荷载比时,U形连接件连接节点耐火极限比螺栓钢填板连接节点稍高。

胶合木梁柱螺栓节点变异性分析

胶合木梁柱螺栓节点通常会受到木材材性和制造公差的影响,而表现出显著的变异性。为揭示节点变异性的关键影响因素并建立节点初始刚度和抗弯承载力预测模型,开展了节点变异性分析。采用已有试验结果验证确定性有限元模型的精度。考虑木材材性和螺孔间隙的随机分布规律,采用有限元方法计算胶合木梁柱螺栓连接节点初始刚度和抗弯承载力。根据统计方差分析结果确定节点初始刚度和抗弯承载力的关键影响因素。通过多项式回归拟合方法建立节点初始刚度和抗弯承载力的响应面方程。方差分析结果表明,销轴承压区顺纹和横纹方向弹性模量对于节点初始刚度的方差具有显著的影响,而螺孔间隙对于节点初始刚度也具有一定的影响;木材横纹抗拉强度和顺纹抗剪强度对于节点抗弯承载力的方差具有显著的影响,而螺孔间隙也会在一定程度上影响节点的抗弯承载力。针对随机生成的样本的计算结果表明,响应面方程能够准确预测节点的初始刚度和抗弯承载力。

基于连续损伤模型的木网壳钢填板-螺栓连接节点静力性能全过程模拟

基于连续损伤力学原理,建立基于改进Hashin准则的木材各向异性本构损伤模型,编写ABAQUS子程序(VUMAT);将子程序应用于钢填板-螺栓连接节点的受力全过程模拟,使用单元删除方法模拟节点开裂,与试验结果进行对比;最后将子程序应用于木网壳3个典型位置的钢填板-螺栓连接节点的受力全过程模拟。结果表明:所开发子程序可以很好地反映出木材在顺纹、横纹方向上受压延性破坏、受拉脆性破坏的特点。成功模拟出钢填板-螺栓节点孔周横纹劈裂破坏,与试验结果吻合较好。对于木网壳3个典型位置的钢填板-螺栓连接节点,模拟结果可以很好地反映出节点弹性、塑性、破坏3个阶段的工作机理,同时随着节点倾角增大,胶合木近端越易在压区产生裂缝,节点初始刚度、极限承载力随着倾角增大而增大,节点延性相应减小。