钢-正交胶合木组合梁浆锚栓钉连接件受剪性能

为研究钢-正交胶合木(CLT)组合梁浆锚栓钉连接件(GSC)的受剪性能,设计8组GSC和2组浆锚螺栓连接件(BCGP)进行推出试验。试验参数包括栓钉直径(16~22 mm)、栓钉排数(单排、双排)、开槽方式(单向、双向)、开槽倾斜角度(0°~30°)、连接件类型(栓钉、螺栓)和灌浆料是否添加钢纤维。试验结果表明:GSC破坏模式为栓钉弯曲或剪断,同时伴有灌浆体转动与开裂;BCGP破坏模式为螺栓剪断,同时螺栓根部灌浆料被压溃;随栓钉直径从16 mm增加至19 mm, GSC受剪承载力与剪切刚度近似呈线性增长;相比于矩形槽口,随着楔形槽口倾斜面的增加,连接件受剪承载力降低,剪切刚度有所提高;槽口倾斜角度由0°增加至30°时,受剪承载力呈先下降后上升的趋势,剪切刚度呈先上升后下降的趋势,相较于矩形槽口,楔形槽口灌浆块体转动现象更为明显;受群钉效应的影响,双排与单排栓钉连接件的总承载力和总剪切刚度并不呈两倍关系。理论推导了GSC槽口处CLT板表层局部压溃破坏时的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好;针对栓钉剪切破坏情况,已有受剪承载力计算式的计算结果与试验值之间存在一定误差,最高达50%以上。

正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点抗火性能研究

为研究火灾下正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点单剪受力性能,设计并制作了9组共27个胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点试件,分别进行常温下和火灾下加载试验和数值模拟分析。试验结果表明,常温下螺钉的钻入角度对试件典型破坏模式具有重要影响。受火90min及以内各试件组的破坏模式均为凹槽附近混凝土截面的脆性剪切破坏;受火接近120min的试件破坏模式为凹槽附近木材损伤十分严重(炭化和脱落)和凹槽下方木材的顺纹受压屈服,同时自攻螺钉附近部分混凝土被压碎。随着受火时间的逐渐增加,多数试件组的抗剪承载力逐渐降低,最大降低幅度为28.1%。荷载比对试件耐火极限具有重要影响:随着荷载比的不断增加,试件耐火极限最大降幅为50.7%。除试件组SFL3和SFL4外,有限元模型的计算结果与试验结果较为接近,预测误差在15%以内,满足工程精度要求。

结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究

为了研究螺栓连接及结构胶+螺栓复合连接方式下型钢-胶合木组合梁的受力性能,通过建立有限元三维实体模型进行参数化分析,改变螺栓间距、设置加劲肋及翼缘连接方式等参数,研究其对组合梁刚度、承载力和变形能力的影响规律和破坏机制。结果表明:钢-胶合木组合梁的破坏特征主要包括端部界面脱胶翘起、螺栓剪切及翼缘木材螺孔塑性变形和钢板局部屈曲;在组合梁上下翼缘外表面受拉压应力集中现象较为明显,施加荷载过程中,螺栓孔洞处会改变临近钢材和木材应力应变传递和分布路径,且容易首先发生屈服破坏;结构胶+螺栓复合连接可以有效增强组合梁的整体刚度,屈服荷载增幅为30.65%,可充分发挥翼缘承载能力。

自攻螺钉钉入角度对钢板-正交胶合木节点剪切性能的影响

【目的】探究斜螺钉连接钢板-正交胶合木(CLT)节点的抗剪切承载性能以及钢板-CLT节点通过自攻螺钉连接的破坏模式和受力机理,分析螺钉钉入角度对剪切强度、刚度的影响规律,为新型连接件的开发和应用提供理论模型和科学依据。【方法】以花旗松为试验材料,使用国产全螺纹自攻螺钉,自攻螺钉主轴与钢板所成夹角作为变量,角度分别为75°、60°、45°,螺钉钉帽偏向钢板受拉方向为拉-剪受力(T-S),螺钉钉帽偏向钢板受压方向为压-剪受力(C-S),参考美国标准(ASTM D1761-12)以1 mm·min^(-1)的速度匀速加载,观察并记录节点受力情况、破坏过程中所达最大荷载、钉子变形情况以及木材破坏特征。【结果】拉-剪和90°剪切受力模式,钉子破坏模式皆为一侧自攻螺钉被剪断。压-剪受力模式,在45°受力模式下钉子出现3种断裂方式;在60°、75°受力模式下一侧自攻螺钉产生2个明显的塑性铰,另一侧自攻螺钉在距离钉帽8 mm处被剪断。对于承载力,拉-剪状态下承载力随角度减小逐渐增大,压-剪状态下则相反;拉-剪状态下的刚度随角度减小逐渐增大。【结论】拉-剪状态下45°、60°、75°节点的承载力分别为90°的1.46、1.35、1.22倍且高于压-剪状态,刚度分别为90°的3.58、2.42、2.08倍且高于压-剪状态,其中75°的能量耗散最大。

正交胶合木墙体-楼板角撑连接节点受火后受剪承载力计算方法

为研究正交胶合木(CLT)墙体-楼板角撑连接节点受火后受剪承载力计算方法,对自攻螺钉长度分别为60和80 mm的CLT墙体-楼板角撑连接节点进行了常温及受火后的受剪试验.基于CLT层板销轴类紧固件常温受剪承载力计算方法,考虑节点受火后钢销轴抗弯强度折减以及CLT层板有效持力截面减少,提出了节点受火后受剪承载力计算方法.结果表明,对于常温试件,将自攻螺钉长度由原来的60 mm增至80 mm,屈服荷载增加到原来的1.51倍,而延性系数则降为原来的0.77倍;对于受火20 min后的试件,自攻螺钉长度增加时,屈服荷载和延性系数几乎不变.根据该计算方法得到的受火后受剪承载力与试验结果吻合较好,从而验证了所提方法的正确性与适用性.

高层正交胶合木-混凝土核心筒体系力学性能参数分析

基于国内外高层木结构及木-混凝土混合结构的研究,结合正交胶合木(CLT)的材料性能优势,设计了一种高层正交胶合木-混凝土核心筒混合结构体系.运用有限元分析方法,研究不同参数对该混合结构的力学性能、变形、动力特性等的影响.结果表明,CLT板连接刚度的变化对CLT结构竖向位移的影响较大,提高CLT板间的连接刚度,可减小CLT结构竖向位移和楼层水平位移;混凝土核心筒墙体厚度增加,结构楼层水平位移平均减小9.07%,但对CLT结构竖向位移几乎无影响;一定范围内楼层数的变化对结构周期和楼层水平位移的影响较大,而对CLT剪力墙结构竖向位移的影响相对较小.

斜螺钉钢板连接正交胶合木力学性能研究

针对斜螺钉连接钢板和正交胶合木的组合体系进行抗剪试验,探究自攻螺钉与木材纹理方向间的夹角及拉剪和压剪模式对木材的破坏形式、自攻螺钉的变形和荷载与自攻螺钉位移的关系等力学性能的影响。结果表明,在拉–剪模式下,组合体系的抗剪承载力随夹角的增大而减小;在压–剪模式下,随夹角的增大而增大;刚度均随夹角的增大而减小。

3层铁杉正交胶合木板结构的力学性能计算与分析

根据实际工程需要,对足尺铁杉3层CLT板的单元结构进行了力学性能计算与分析。一方面,通过运用机械组合梁理论,对铁杉3层CLT板的有效弯曲刚度和弯曲强度等力学性能进行预测计算;另一方面,依据其计算结果对铁杉3层CLT板在实际工程应用中的挠度、所承受的弯矩和振动固有频率等结构性能进行了预测研究。结果表明,2个等级的CLT有效弯曲刚度、抗弯强度和振动性能等结构力学性能均能满足实际工程应用需要。上述以期通过对足尺3层CLT板的单元结构的力学性能设计计算与分析,有助于为我国大幅面装配式重型木结构建筑提供合适和可靠的配套墙板和楼板。

负弯矩作用下钢-CLT组合梁-钢柱组合节点转动性能有限元模拟

钢-CLT组合梁-钢柱(SCLTC)组合节点是钢框架-CLT楼板组合结构中的关键部件。基于ABAQUS对负弯矩作用下SCLTC组合节点的转动性能进行模拟研究并进行参数化分析。结果表明:CLT板的宽度、厚度及楼板拼接构造对SCLTC组合节点转动性能影响较大。此外,对敏感参数进行了数值拟合,借鉴已有组合节点弯矩-转角三参数模型,拟合得到SCLTC组合节点的弯矩-转角模型参数的特征值,并建议性地确定了弯矩-转角模型形状系数。本研究将为后期钢框架-CLT楼板组合结构体系的试验和应用提供理论指导。

钢桁腹-混凝土组合梁等效计算模型及自振频率研究

为分析钢桁腹-混凝土组合梁这种非连续腹板结构的力学性能,基于结构等效的理念,考虑钢桁腹杆结构在不同方向上的有效弹性模量,将不连续的钢桁腹杆梁腹结构等效为正交异性板梁腹结构;运用薄壁箱梁的弯曲振动和扭转振动频率公式,可计算出钢桁腹-混凝土组合梁的弯曲振动频率和扭转振动频率,并对有限元计算结果与理论公式计算得到的理论解进行对比分析,讨论了横向刚度对有限元求解方法和理论求解方法结果产生的影响;分析组合梁高度、钢桁腹杆截面积、悬臂端长度等结构尺寸因素对钢桁腹-混凝土组合梁自振频率的影响。结果表明,利用等效原理计算钢桁腹-混凝土组合梁自振频率误差在10%以内,具有较高精度,可为工程实践提供一定的理论依据;在顶底板结构尺寸保持不变的情况下,弯曲振动频率受其他结构参数影响的变化很小,扭转振动频率受钢桁腹杆截面积、悬臂端长度的影响变化明显,随着钢桁腹杆截面积的增大而增大,随着悬臂端长度的增大而降低。

组合梁栓钉对高性能混凝土约束收缩效应研究

为探究高性能混凝土在栓钉约束作用下的收缩特征及开裂行为,制作了钢-混凝土组合构件,通过试验研究了不同栓钉因素对高性能混凝土约束收缩应变、约束度及开裂风险的影响规律,运用正交试验方法研究了栓钉直径、间距、高度对高性能混凝土约束收缩的影响,得到了主要敏感因素。结果表明:高性能混凝土较普通混凝土的约束收缩应变发展趋势更为平滑;各栓钉因素对约束收缩的敏感性影响的主次顺序依次为直径、间距、高度;混凝土收缩在组合梁高度方向上呈现出一定的收缩梯度,混凝土约束收缩应变随高度增加而增大,但栓钉高度在30 mm处、间距在75 mm处、直径在150 mm处对高性能混凝土约束收缩几乎没有影响;栓钉对混凝土的约束作用可定义为3个阶段,即约束增强阶段、约束下降阶段和约束稳定阶段;组合梁构件最大开裂风险发生在栓钉的根部,当栓钉间距由150 mm减少到75 mm,直径由13 mm增加到22 mm时,最大开裂风险分别增加了20.03%和36.05%,栓钉高度的改变对最大开裂风险没有影响;采用高性能混凝土以及直径小、高度高的栓钉布置方式可以有效减小混凝土的收缩及开裂风险。

正交胶合木-混凝土组合楼板单面受火耐火极限试验研究

为研究正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限,设计并制作了4个正交胶合木-混凝土组合楼板试件和2个正交胶合木楼板对比试件,分别进行常温下受弯加载试验、持荷耐火极限试验和数值模拟。结果表明:常温下正交胶合木楼板的破坏模式主要包括底部规格材的顺纹受拉断裂破坏、上下两层规格材之间横纹劈裂破坏和中部规格材的滚剪破坏;常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的破坏模式包括现浇混凝土层与正交胶合木板的界面发生剪切破坏和底部规格材顺纹受拉断裂破坏;常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的初始刚度和受弯承载力比正交胶合木楼板的分别提高了237.8%和60.1%。受火后,正交胶合木板底发生了明显炭化,正交胶合木-混凝土组合楼板发生了明显的受弯变形。在荷载比相同的条件下,正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限比正交胶合木楼板的提高了335.3%;随着荷载比由0.20增加至0.50时,试件耐火极限由74.1 min降低至30.6 min。正交胶合木-混凝土组合楼板耐火极限的数值模拟精度误差在14.1%以内,满足工程精度要求。

胶合木-CLT组合梁斜螺钉连接的界面受剪性能

为研究胶合木(GLT)梁和正交胶合木(CLT)板之间斜螺钉连接的界面受剪性能,对6组GLT-CLT界面连接抗剪试件进行了推出试验研究,主要考虑自攻螺钉的布置方式、钉入长度和数量等参数对界面连接受剪性能的影响,其中布置方式包括剪拉螺钉、剪压螺钉和交叉螺钉。试验结果表明:剪拉螺钉连接的承载力约是剪压螺钉连接承载力的6倍;交叉螺钉连接的承载力约为单个剪拉螺钉和单个剪压螺钉的承载力之和,刚度亦然。在揭示斜螺钉连接破坏机制的基础上,基于刚性杆模型提出了剪拉螺钉连接滑移刚度和承载力的计算方法;基于弹性地基梁理论提出了考虑剪压螺钉连接典型双铰破坏模式的滑移刚度和承载力计算方法;通过剪拉和剪压螺钉连接受剪性能的叠加,得到交叉螺钉连接的滑移刚度和承载力,理论计算结果与试验结果吻合较好。

正交胶合木-混凝土螺栓连接力学性能试验研究及参数分析

为研究正交胶合木(CLT)-混凝土螺栓连接的力学性能,对12个顺纹连接试件和12个横纹连接试件进行了单调加载和低周往复加载试验,总结了连接典型的破坏模式,得到了连接的初始刚度、承载力及延性系数等力学性能;利用ABAQUS软件对连接进行非线性参数分析,研究螺栓直径、螺栓强度等级及CLT层板厚度等参数对连接力学性能的影响。结果表明:连接的破坏模式与厚径比(CLT厚度与螺栓直径之比)相关,当厚径比不大于6.56时,主要发生单塑性铰屈服、木材销槽承压及局部承压破坏;螺栓直径一定时,增加CLT层板厚度可有效提高连接承载力;当厚径比大于6.56时,主要发生螺栓双塑性铰屈服与剪断破坏;增加层板厚度对连接初始刚度、承载力和破坏模式无明显影响。针对螺栓屈服破坏模式,增大螺栓直径可提高连接的初始刚度与承载力;提高螺栓强度等级对初始刚度影响较小,但可提高连接承载力。

正交胶合木墙体与楼板角钢连接节点力学性能研究

研究一种正交胶合木(CLT)墙板与楼板角钢连接节点。首先通过试验研究两种自攻螺钉在CLT板中的顺纹抗剪、横纹抗剪、抗拔性能和破坏模式,为估算CLT墙板与楼板角钢连接节点试验承载力提供依据;之后对角钢连接节点进行抗拔、抗剪方向的单调及往复加载试验。结果表明,墙板-楼板角钢连接节点主要破坏模式为与墙板连接钉的变形及墙板木材承压破坏,节点表现出较好的延性和耗能性能。