膜结构螺栓夹板与U形夹具连接节点的破坏试验研究

针对张拉膜结构节点因设计不合理、不恰当和节点连接件的松动和脱落,造成膜结构由局部延伸至整体破坏的问题,通过试验研究和数值模拟分析的方法,探究单向与双向拉伸对膜面节点承载力的影响程度,进一步研究膜结构采用螺栓夹板和U形夹具的连接方式对膜面节点应变的影响,以及膜面在竖向和横向施加不同比例荷载时节点的传力和破坏机理。试验结果表明:膜面在双向拉伸的情况下,其膜面承载力要高于单向拉伸时膜面的承载力,并且在双向拉伸中,横向与竖向拉力越接近,其膜面承载力越高;采用螺栓夹板连接,其节点主应力方向上的应变比U形夹具连接的节点应变要小。在以后膜结构节点连接方面,应该采用有更多膜面和边绳参与夹板摩擦和挤压的这种连接方式,这样节点的传力方式才更为合理。

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。

钢夹板-螺栓连接胶合木梁疲劳试验研究

钢夹板-螺栓连接胶合木梁在实际工程运用中受到循环往复动荷载的作用,极易产生损伤累积而造成构件失效。为了研究钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳特性,通过不同应力水平下的等幅疲劳试验及静力对比试验,分析了钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳破坏形态与机理,研究了其刚度退化规律,探讨了疲劳极限荷载。试验结果表明,钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳破坏主要发生在加载点附近。随着疲劳循环次数的增多,钢夹板-螺栓连接胶合木梁的跨中挠度以及沿截面高度的拉、压应变均显著增大,压应变增幅大于拉应变,且应变分布情况基本符合平截面假定。试验梁的弯曲刚度随着疲劳循环次数的增加而呈现出线性退化,基于刚度退化的疲劳寿命预测与试验实测寿命基本吻合。钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳寿命随着应力水平的增大而降低,在应力比为0.2,应力水平不超过0.5倍静力极限荷载时,疲劳寿命均大于200万次,表明钢夹板-螺栓连接胶合木梁具有较好的疲劳特性。此外,还对疲劳载荷的振幅和疲劳寿命进行了线性回归分析,得到的疲劳极限载荷为0.5435 F_(u)。最后,利用ANSYS nCode软件对试验梁进行疲劳有限元分析,分析表明,该软件能较好地模拟钢夹板-螺栓连接胶合木梁在不同应力比下的疲劳响应。

钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗剪性能试验

【目的】为探究钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗剪性能。【方法】考虑螺栓顺纹间距(80、100、120 mm)、螺栓并列和错列布置方式等参数的影响,设计制作了7组共21根钢夹板-螺栓连接胶合木试验梁,并采用五点弯曲法进行了试验梁的抗剪性能试验。【结果】1)钢夹板-螺栓连接胶合木梁整体工作性能优良且组合效应显著,其受力过程经历弹性和弹塑性两个阶段。相较于普通胶合木梁,其刚度和抗剪承载力均有较大的提升。2)胶合木梁剪切破坏源于综合应力较大的跨中中性轴附近,其破坏形态为顺纹错动剪切破坏,破坏前无明显征兆,为脆性破坏。螺栓均有轻微的弯曲变形,表明胶合木梁采用钢夹板-螺栓连接形式具有较高的可行性与稳定性。3)与普通胶合木梁相比,随着螺栓顺纹间距的增加,螺栓并(错)列布置的试验梁极限承载力提高了24.5%、35.7%、48.8%(20.0%、30.1%、38.2%),极限竖向位移降低了7.2%、11.8%、16.1%(11.9%、19.1%、26.4%)。并列组试验梁木材主应变增长趋势相较错列组试验梁木材主应变更大,错列组试验梁的开裂荷载比并列组试验梁提高较多。4)由钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗剪承载力简化计算式得到的抗剪承载力计算值与试验值能较好吻合,平均误差均在9%以内,且计算值偏于保守。【结论】通过钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗剪性能试验,分析了其破坏过程,总结了其在极限状态下的受力变形规律,揭示了破坏机理,并基于试验数据拟合,提出了抗剪承载力简化计算公式。

钢夹板螺栓连接胶合木梁抗弯性能研究

为探讨钢夹板螺栓连接胶合木梁的抗弯性能,针对采用钢夹板螺栓连接进行接长的胶合木梁的构造特点,考虑拼接的两段梁是否来源于同一根胶合木、螺栓顺纹间距及螺栓并列、错列布置3个影响因素,设计制作13组共39根试验梁,进行抗弯性能试验。采用有限元数值模拟方法,探讨钢夹板螺栓连接胶合木梁的破坏机理及螺栓端距和直径、钢夹板和胶合木厚度等影响参数对其抗弯性能和承载力的影响规律。试验与计算结果表明:螺栓顺纹间距对钢夹板螺栓连接胶合木梁的抗弯性能影响显著,而螺栓并、错列布置方式与拼接的两段梁是否来源于同一根胶合木对钢夹板螺栓连接胶合木梁的抗弯性能影响较小。随着螺栓顺纹间距的增大,试件的初始抗弯刚度和抗弯承载力明显提高。采用钢夹板螺栓连接方式可以实现胶合木梁的接长,在一定范围内增大螺栓端距和直径、钢夹板和胶合木的厚度还能提高钢夹板螺栓连接胶合木梁的抗弯承载力。装配式木结构中可以采用钢夹板螺栓连接方式对胶合木梁进行接长,其抗弯性能受螺栓顺纹间距的影响较大。对螺栓端距、螺栓直径、钢夹板厚度、胶合木厚度的参数研究可为装配式木结构的设计与应用提供参考。

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.

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。

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。

钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯性能试验

为了研究钢夹板-螺栓连接胶合梁的抗弯性能,以东北落叶松为基材,制作了13组试验梁。探讨了螺栓顺纹间距、螺栓并列、错列布置方式及拼接的两段梁是否来源于同一根胶合木等因素对梁破坏形态、承载力和变形能力的影响。结果表明:并列螺栓顺纹间距为100 mm时,极限承载能力较纯胶合木梁提高4%,并列螺栓顺纹间距为60、80 mm时,极限承载能力比纯胶合木梁小,且随螺栓顺纹间距的增大而增大。并列螺栓顺纹间距60、80、100 mm的钢夹板-螺栓连接胶合木梁的极限变形相对于纯胶合木梁分别提高了40.4%、47.7%、49.8%。钢夹板-螺栓连接胶合木梁初始刚度大于纯胶合木梁,且初始刚度随顺纹螺栓间距的增大而增大。螺栓并错列布置与拼接的两根梁是否来源于同一根胶合木对钢夹板-螺栓连接胶合木梁的受弯性能影响较小。弯曲程度最大的螺栓位置都位于梁底靠近跨中处,且弯曲度随螺栓顺纹间距的增大而减小。

木材-钢夹板螺栓连接的承载能力试验研究

文章主要研究木材-钢夹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组不同厚度木材共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-钢夹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木材厚度的相对大小有关。木材-钢夹板螺栓连接在现代木结构中具有广泛的应用前景,其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。

重组竹钢夹板螺栓连接承载力试验研究

螺栓连接因其制作简单、安全可靠和施工方便的优点在现代竹木结构建筑中应用广泛。为研究重组竹钢夹板螺栓连接力学性能,对12组试件进行单轴拉伸试验研究与分析,探讨了厚径比、间距、端距等因素对螺栓连接破坏形态及承载能力的影响规律。研究结果表明:当试件厚径比为5.0～5.7时,单螺栓连接和多螺栓连接破坏形态均表现为单铰屈服模式,当试件厚径比为8.0～10.0时,破坏形态均表现为双铰屈服模式;随着螺栓直径、端距和间距增加,螺栓连接承载力逐渐增加,单列螺栓布置的螺栓连接延性较好,而增加螺栓列数虽然可以提高螺栓连接初始刚度但延性变差;通过将螺栓连接试验结果与国内《木结构设计规范》、《木结构设计手册》和Eurocode 5计算公式计算结果对比分析,国内规范计算结果较为保守,Eurocode 5计算公式具有更好的适用性。

钢夹板-螺栓连接胶合木梁疲劳寿命预测

为了确保钢夹板-螺栓连接这一接长方式在胶合木梁中的可靠性,应用Solidworks和ANSYS进行仿真建模,对比分析其与纯胶合木梁的疲劳寿命,并研究它们的破坏形态,分析这种连接方式的疲劳性能是否可靠。研究表明,在应力比为0.2时,纯胶合木梁在应力水平为0.55倍静力极限荷载,钢夹板-螺栓连接胶合木梁在应力水平为0.49倍静力极限荷载时,疲劳极限均超过200万次。并且归纳出纯胶合木梁和钢夹板-螺栓连接胶合木梁寿命预测数学表达式,验证了钢夹板-螺栓连接方式抑制了疲劳裂纹的产生。

钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳性能模拟方法

基于试验结果,分别考虑了不同的胶合木材料性质设定、不同材料S-N曲线及应力场折减等因素,对钢-胶合木组合构件进行了疲劳数值模拟,确定了合理的模拟方法:即对此类组合构件的模拟中设定钢材为理想弹塑性材料,胶合木在弹性阶段为正交各向异性材料,塑性阶段为各向同性理想弹塑性材料;胶合木梁纯弯疲劳试验中以截面最大应力拟合的S-N曲线适用于中高低周的疲劳分析,由刚度退化程度得到的S-N曲线仅适用于中高周疲劳分析;对工程木区别于清材的缺陷,模拟中应考虑应力场折减,可采用木结构设计中的强度折减方法。

膜结构连接节点分析

通过对已有膜结构连接节点进行综合,总结出膜结构区别于其他结构形式的特有的连接构造形式。针对其中螺栓夹板连接进行了有限元建模,分析了摩擦系数对于螺栓夹板连接受力性能的影响。

装配式木结构钢夹板螺栓连接抗剪性能

为深刻认识装配式木结构钢夹板螺栓连接的抗剪性能,准确计算其抗剪承载力,针对装配式木结构中胶合木-钢夹板螺栓连接件的构造特点,考虑胶合木厚度与螺栓直径之比(厚径比)、螺栓间距及螺栓并列、错列布置3个因素的影响,设计了3类17组共51个推出试件,并进行了纵向荷载作用下胶合木-钢夹板螺栓连接件的抗剪性能试验。采用推出试验与有限元数值模拟相结合的方法,探讨了胶合木-钢夹板螺栓连接件的剪切破坏机理和螺栓垫片对其抗剪性能的影响。结果表明:胶合木-钢夹板单螺栓连接中,随厚径比的增大,螺栓连接的破坏模式逐渐由"单铰"向"双铰"转化,最佳厚径比为7.5;在多螺栓连接中,螺栓从上至下的弯曲程度呈递减规律,且部分胶合木出现销槽承压破坏;随着螺栓布置间距的增大,连接件的抗剪承载力呈增大趋势,而初始刚度呈减小趋势;随着螺栓布置列数的增加,连接件的胶合木由沿中间单列螺栓劈裂破坏向两边列螺栓劈裂破坏转变,2列布置构件的延性最佳;在螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪承载力比并列布置的高,但并列布置的延性性能优于错列布置;钢夹板螺栓连接件抗剪承载力的有限元计算结果与试验结果吻合良好,而各国规范公式计算结果则偏于保守;螺栓垫片对连接件抗剪性能的影响较小。

重组竹钢夹板螺栓连接抗火性能试验研究

为研究重组竹钢夹板螺栓连接节点耐火极限及失效机理,依据ISO 834标准火灾试验方法设计并制作了3组24个螺栓连接试件,以螺栓数量、端距、行距、厚径比(竹板厚度与螺栓直径之比),持荷比(施加荷载与极限荷载之比)以及防火保护为试验参数,对其进行抗火性能试验研究。结果表明:当试件的厚径比为5.0~5.7时,单螺栓和多螺栓连接的破坏形态表现为螺栓孔压溃、竹材撕裂但螺栓未弯曲,当试件的厚径比为8.0~10.0时,破坏形态表现为螺栓孔压溃、竹材撕裂且螺栓弯曲,但厚径比对单螺栓连接耐火极限的影响并不显著;随着螺栓数量、端距和行距的增加,螺栓连接的耐火极限逐渐提高;增加持荷比使得螺栓连接耐火极限降低,防火保护对螺栓连接的抗火性能提升显著。通过对不同形式螺栓连接内部温度分析,揭示了火灾下重组竹材炭化性能及螺栓连接中孔受力对温度场的影响规律。