浅谈钢木组合结构研究进展

分析了钢材与木材两种材料的优点与缺点,论述了钢木组合构件及结构体系的优越性,这种组合结构可以充分体现出其节能环保的优点,并且在承载力上也较原体系有着较大程度上的加强.作者全面综述了钢木组合结构的研究现状,并指出这种组合结构存在着材料物理性能显著差异,存在着组合构造、温度下协调性等问题亟需研究解决.

钢木组合结构研究现状

钢木组合结构作为一种新型的组合方式,综合了钢材的可循环利用性和木材的可生性,同时它们的结合还能充分发挥两种材料的优势,弥补各自的不足。本文分析了钢材和木材组合的优势,对现有的钢木组合结构进行了阐述,分析了目前钢木组合的不足之处并从大方向上提出了一些解决方法。

钢木组合结构在土木工程中的应用与发展

目前,随着钢材产量的不断提高,钢材在建筑结构中的使用越来越多,而木材作为一种天然可再生的建筑材料越来越受到设计者们的青睐。文章分析了钢木组合结构的形式、特点及其在结构中的应用与发展前景。

美丽乡村建设中绿色生态钢木组合结构建筑应用研究——以扬州为例

绿色生态钢木组合结构是一种新型的组合结构形式,其是运用钢材和木材相互组合的方式建造的构筑物结构体系,充分发挥了钢材和木材的效能,尤其是"吊脚式"形式的创新,更加因地制宜、落地化,为当下国家发展美丽乡村建设和乡村振兴发展战略,以及扬州现有美丽乡村建设、乡村旅游、生态旅游等建设路径提供了推广和借鉴价值。

大跨度钢木组合结构中材料分布特点研究

钢木组合结构作为新型结构形式的一种,材料分布及作用的机理一直是结构设计中的热点。本文通过对钢木组合结构案例进行分析梳理,对钢材与木材在大跨度结构中的组合与分布特点进行研究。

钢木组合结构研究综述

随着我国建筑工程数量的逐渐增加,我国建筑工程所使用的施工技术以及各个类型的建筑材料都获得了不小的更新与改进。我国传统的建筑结构为木质,不仅性能良好且造价十分便宜。但随着建筑高度与建筑重量的不断提升,建筑结构的受力也逐渐增大,木制结构已经无法满足建筑结构的要求。因此,建筑结构改为使用钢结构。钢结构强度较大,且施工较为方便,但钢结构也存在一些弊端,经过人们的研究,钢木组合结构可以作为建筑施工结构最理想的材料。据此,文章首先介绍了钢结构与木结构各自的特点,随后介绍了钢木组合结构的优点以及现阶段的研究成果,希望可以为我国的钢木组合结构发展起到一定的帮助作用。

某大跨度钢木组合结构钢屋面作用分析

某公共建筑项目大跨度钢木组合结构屋盖采用钢结构表皮和木拱结构主体复合而成,对于该类结构体系中,钢木材料分布及作用的机理,缺乏应用的经验以及工程案例。本文利用SAP2000软件对结构进行有限元分析,探究上层钢网壳的受力机理,并给出一种优化的钢网壳布置形式。

钢木组合构件自攻螺钉连接抗剪性能试验及理论模型研究

钢木组合结构是现代钢结构与传统木结构相结合的一种高效混合结构方式,自攻螺钉连接是钢木组合结构及构件中常见的连接形式,其连接处的界面滑移特性是影响构件力学性能的关键因素.针对木-木及轻钢-木自攻螺钉连接,开展了单调荷载和循环荷载下的抗剪性能试验,探究了连接的荷载-滑移响应、滞回性能、承载能力、强度及刚度退化规律.试验结果表明:轻钢-木自攻螺钉连接在荷载作用下表现出较高的承载力和较好的延性,与木-木自攻螺钉连接发生螺钉杆剪断的破坏不同,轻钢-木自攻螺钉连接主要发生螺帽嵌入木材的延性破坏,由杨木胶合板制成的连接整体承载力高于OSB板制成的连接.轻钢-木自攻螺钉连接在循环荷载作用下其平均强度退化及平均刚度退化显著.进一步探究了Foschi和Folz理论模型对单调荷载下连接非线性荷载滑移响应的适用性,理论拟合结果与试验结果吻合较好,研究结果可用于指导未来轻钢-木自攻螺钉连接的设计与有限元分析工作.

钢木组合结构自攻螺钉单剪节点试验研究

钢木组合体系兼具了两种材料的优势,在村镇住宅、大跨度结构等建筑体系中均有一定的应用前景。销轴类节点是钢木组合体系中常见的连接形式,其力学特性显著影响结构体系的性能,其中螺栓和钉为销轴的常见形式。为准确评估薄壁钢———木的自攻螺钉连接节点的抗剪性能,从节点抗剪试验、理论推导两个方面进行了研究。同时对潜在的结构材———速生木的力学性能进行了校核。为研究木材与薄壁型钢(2 mm)小直径自攻螺钉(直径<6 mm)连接节点的抗剪性能,设计了11种单调荷载下的单剪连接节点并进行了相关试验。对木材种类、钉的尺寸、连接方向等参数进行分析,得到了自攻螺钉连接节点的破坏模式、承载力及刚度、延性系数、割线刚度等力学特性。在GB 50005—2017《木结构设计标准》的基础上,对薄壁钢-木自攻螺钉连接节点典型破坏模式的承载力进行了分析。结果表明:速生木材的强度可满足连接需求,木材种类的变化对自攻螺钉连接节点的抗剪性能有一定的影响,但钉尺寸、类型、嵌入长度的改变显著影响节点的破坏模式、峰值承载力,国产杉木、杨木以及辐射虽低于常见建材———花旗松、樟子松,但仍有足够的连接强度;自攻螺钉-钢木组合连接节点主要有自攻螺钉钉杆剪断、钉拔出、木材破坏三种破坏模式,其中自攻螺钉剪断是最为常见的破坏情况,在螺钉的嵌入长度较小时,易发生自攻螺钉拔出的破坏情况,木材横纹钉节点时,易因横纹受拉发生脆性断裂,实际情况应避免;燕尾自攻螺钉连接节点在钢板-木结构构件中有着较好的峰值承载力(3 kN左右),但其因螺钉的脆性断裂延性较差,平均延性系数为2,减小嵌入长度可增加连接节点的延性;对自攻螺钉连接节点的抗剪承载力进行了理论推导和机理分析,基于GB 50005—2017等国内规范基础上的分析和校核结果表明,现有标准因未充分考虑绳效应,承载力均小于试验实测值,且不同于纯钢或纯木的销轴类连接节点,薄壁钢-木自攻螺钉连接节点以弯剪破坏为主,由GB 50005—2017得出的设计值约占承载力实际值的30%~45%。

行人荷载作用下钢木组合人行桥结构时变频率识别及变化规律研究

钢-木组合结构因其良好的承载能力与环境协调性目前多用于人行桥等结构系统。为追踪行人与钢木组合人行桥耦合作用所导致的频率变化特性,建立人体与钢木组合人行桥耦合的数值模型并求解其振动响应。由于人致振动产生的响应信号有可能是非渐近和密集的,采用一种拓展解析模态分解、递归希尔伯特变换和变焦同步挤压小波变换相结合的联合方法识别其时变模态特性。研究结果表明:该模型能够很好地模拟人或人群与钢木组合人行桥之间的相互作用;在单人或是人群作用下该联合方法均能准确识别出耦合系统的频率变化并具有一定的鲁棒性。在此基础上,对不同跨径钢木组合人行桥进行数值模拟并分析不同人体参数对人-桥耦合系统固有频率的影响,最终得到人-钢木组合桥耦合系统频率随行人荷载的变化规律并拟合出经验公式。该公式能够为人行桥的设计、维护等提供参考。

2022年北京冬奥会国家雪车雪橇中心遮阳棚结构体系设计研究

国家雪车雪橇中心是中国首次设计建造的雪车雪橇项目场馆,是2022年北京冬奥会设计难度最高、施工难度最大的项目之一,是世界上首个设置于山体南坡的雪车雪橇场馆。国家雪车雪橇中心由遮阳棚、赛道、基础三部分组成,遮阳棚为整个赛道的遮阳系统,也是一个主要设计亮点。为解决山体南坡太阳辐射的问题,实现建筑外观、功能与结构的有机统一,首次采用了新型大悬挑钢木组合遮阳棚结构。对该新型结构体系的选型、构造、受力机理及设计流程进行了研究,并通过整体数值分析及局部精细有限元分析,探究了该新型结构在不同设计工况下的受力响应,并验证了该新型结构体系的可行性。

大式建筑钢木组合斗栱节点施工研究与应用

现代仿古建筑多为混凝土-木组合结构体系,由于刚性构件(混凝土)和柔性构件(木材)的性能差异,其具体破坏形式、连接方式都有所不同,特别是原以榫卯连接为主的檐部木构件,如斗三升栱(泥道栱)、斗六升栱(慢栱)、十字栱(华栱)、令栱、风头昂、云头、随檩枋、挑檐桁、檐椽等,如何与混凝土结构牢固地连接在一起是值得研究的课题。为解决这类难题,从多年从事古建修缮及承建的多项新建古建工程施工实践中,总结开发出了大式建筑钢木组合斗栱节点施工技术,可为类似工程提供借鉴。

非均匀支座变形下钢木组合拱力学性能分析

钢木组合结构是一种具有良好受力性能和较优经济效果的新型组合结构形式。本文以某工程为例,考虑支座非均匀变形的影响,采用通用有限元软件对选取的代表榀钢木组合拱进行有限元分析。结果表明:非均匀支座变形及支座相对变形方向对钢木组合拱的受力性能有较大影响,对钢和木构件受力性能影响有所差异;下端支座附近钢构件上翼缘应力最大值为176.2MPa,各工况下钢木连接区域均有一定的应力集中现象;当支座变形Δ=-20mm时,胶合木应力达到最大值,其值约为弹性应力的1/5;各工况下钢木组合拱均处于弹性受力范围内,满足受力要求,且具有较大的设计安全性。

两边连接木盖板屈曲约束钢板剪力墙抗侧力性能试验研究

从环保角度提出一种钢木组合形式的两边连接防屈曲钢板剪力墙。基于已有的研究成果,设计两个试件,一个是没有木盖板约束的钢板剪力墙,另一个是覆盖木板作为钢板面外屈曲约束的钢板剪力墙。对试件采用位移控制加载方式进行拟静力试验,得到试件的滞回曲线。根据试验结果,分析了试件的骨架曲线、刚度退化和耗能能力。试验结果表明,木盖板抑制钢板屈曲效果较好,能够有效减小鼓曲声音;与无木盖板试件相比,有木盖板试件具有更高的承载力和更强的耗能能力。在试件破坏后,对试件进行拆卸,发现钢板腹部木盖板覆盖区域能够保持平整,拆卸后的木盖板在加载后也能保持完整。采用软件ABAQUS进行有限元分析,模拟结果和试验结果吻合,验证了模型的可行性。

角钢-集成材L形组合柱的受压性能研究

为提高装配式木结构中异形柱的力学性能,设计了一种用热压等边角钢和SPF集成材为原料,环氧树脂胶黏剂连接制作的角钢-集成材L形组合柱,作为框架结构或框架剪力墙结构的角柱。以角钢边宽度对L形柱正截面承载力的影响进行了轴压试验研究,并进行ANSYS有限元模拟,以判断模拟预测的准确性。结果表明:角钢-集成材L形组合柱相对于同截面面积的木柱而言承载能力上升37.0%~51.4%,刚度上升36.5%~72.8%,同时L形柱有良好的延性;适当增加L形柱中的角钢边宽度可以使承载能力有效提高,但是其短边处的集成材易产生破裂,增加试件的脆性破坏;集成材之间的环氧树脂胶合界面在破坏前后都性能良好,在材料弹性阶段钢材和木材有效共同受力,承载力计算时需要考虑钢材的塑形增强作用;ANSYS有限元模拟的角钢-集成材L形组合柱弹性模量结果和试验结果一致,误差在10%以内,模拟结果基本可靠。研究成果对于预测角钢-集成材L形组合柱在实际预制装配时的安全可靠性提供了理论依据。

泾川大云寺博物馆舍利塔工程仿唐建筑结构施工技术

泾川大云寺博物馆舍利塔仿唐建筑结构,充分利用了钢、木两种材料的特性和优点,在高层钢结构安装、承插柱、仿唐翼角、钢木斗拱等施工难点采取多项技术措施,其结构和建筑艺术结合完美。

抱珠楼之螺旋穹顶结构设计后记

随着社会经济水平的提高及设计规范的完善,近些年来国内的现代木结构建筑逐渐增多。面对现代木结构体系与标准,传统木构的智慧如何得以传承、融合及拓展是一个重要的话题。在抱珠楼修缮项目中,结构师与建筑师共同探索了在当代结构设计中,通过技术、工艺、文化上的关联来激活传统木构的潜力,以抱珠楼三号楼的螺旋穹顶为例回溯了设计中的结构思考。

大跨度钢-胶合木组合屋盖结构设计及静载受弯试验研究

结合某大型博物馆工程,提出一种大跨度钢木组合张弦屋盖形式,最大跨度为41.5 m,通过对整体结构分析得到多遇地震作用下最大层间位移角为1/370,绝大部分构件应力比在0.8以下。针对该结构形式,设计了1∶3缩尺的钢木组合张弦梁,通过静载试验研究其受力性能和受力机理,并对承载能力、应变、挠度等指标进行分析。试验结果表明:荷载增加至2倍的设计荷载时,连接节点处出现张开趋势,但总体未出现大的损伤,截面总体满足平截面假定;预应力索能与木梁协同工作且索的应变与荷载级别呈线性比例增长关系,木梁底部设置的预应力钢索使得木梁受拉区得到增强,即梁的中性轴位置整体上偏向于受拉区,设置预应力并能有效降低木梁所受拉力。

成都市锦城广场大跨度钢木组合屋盖结构分析与设计

成都市锦城广场综合换乘服务中心屋盖采用大跨度钢木组合结构,以下弦胶合木交叉拱为主要受力构件,腹杆及上弦杆件采用圆钢管.除对屋盖结构进行静力荷载效应的设计与分析外,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行了屋盖结构在多遇地震及罕遇地震下的地震响应分析,对结构的非线性稳定性、抗连续倒塌性能进行了研究,并补充了罕遇地震下的动力弹塑性分析.同时,对胶合木构件进行了抗火设计,对关键节点进行了有限元分析.结果表明,大跨度钢木组合屋盖结构安全可靠,具有良好的整体稳定性和抗震性能.

正交胶合木约束钢板剪力墙的约束板厚需求

为探究CLT板对钢板剪力墙的约束机理,基于ABAQUS对其进行有限元模拟。结果表明:相比于混凝土约束板,CLT约束板仅使得钢板剪力墙弹性阶段的最高承载力与刚度略微降低,但在一定程度上降低了结构自重,木材的高延性还可以在约束板产生较大面外变形时仍保持墙体的完整性,使得约束板可以持续发挥对钢板的约束作用。通过数据拟合,得到单面CLT板约束改进型钢板剪力墙在达到2 rad层间位移角时,约束板厚度与其面外变形关系的拟合公式。研究结果可为屈曲约束式钢板剪力墙的设计提供理论参考。