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。

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。

竹-橡胶木复合正交胶合木的制备和性能

以锯材为基本单元的正交胶合木是具有广泛应用前景的重型木结构建筑材料。为减少对国外树种的进口和依赖,首次采用竹篾层积材与橡胶木2种本土层板原料,以相同制备工艺(胶黏剂为单组分聚氨酯,施胶量为180 g/m^(2),冷压时间1 h,压力为1.0 MPa),在大幅面压机上压制尺寸为2400 mm×1200 mm×96 mm的三层竹木复合正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)以及另外3种不同复合形式的CLT(纯木CLT、木竹复合CLT、纯竹CLT),通过对竹木复合CLT强轴方向的抗弯弹性模量、抗弯强度、胶层剪切强度、层间剪切强度和浸渍剥离率等性能的评估和不同复合形式CLT弯曲性能差异的分析,研究国内树种与竹材制备足尺竹木复合CLT的可行性。结果表明:采用单组分聚氨酯制备的竹木复合CLT,其干态和真空加压状态下的强度、木破率以及浸渍剥离率均符合ANSI APA PRG 320-2019“Standard for performance-rated cross-laminated timber”中使用环境1的要求;抗弯性能和剪切性能测试值均能达到以上标准和LY/T 3039—2018《正交胶合木》标准中E2等级性能的要求。上述试验研究和分析为竹木复合CLT在建筑工程中的应用提供了设计参考及理论依据。

不同树种木材复合交错层压胶合木的力学性能

采用花旗松、辐射松和杨木,即将杨木置于芯层,花旗松或者辐射松置于表层,压制单一树种和混合树种交错层压胶合木(Cross-laminated timber,CLT),对材料进行顺纹抗弯、顺纹抗剪和横纹抗剪性能测试。试验表明,相比抗弯弹性模量最低的纯杨木CLT,花旗松与杨木混合CLT的性能提高35%;包含杨木和不包含杨木的不同树种CLT顺纹抗弯强度及抗剪强度差别不大。试件破坏形式与CLT材料和结构形式有很大联系,主要包含指接处破坏、胶层分层和垂直层滚动剪切破坏等。

浆锚栓钉连接钢-正交胶合木组合梁抗弯性能有限元分析

设计一种浆锚栓钉连接的钢-正交胶合木(CLT)组合梁,基于ABAQUS研究栓钉直径、槽口间距及栓钉排布等参数对钢-CLT组合梁的抗弯性能及抗滑移性能的影响,结合组合结构基本理论对组合梁的抗弯承载力及抗弯刚度进行理论预测。结果表明,模拟得到的荷载-跨中挠度关系曲线表现出明显的屈服拐点,呈“二折线”特征,且曲线弹性段与完全组合界线接近,表明浆锚栓钉连接钢-CLT组合梁具有很好的延性行为和较高的组合效率。浆锚栓钉连接钢-CLT组合梁的组合效率平均能达0.80~0.97,且栓钉直径与槽口间距是影响浆锚栓钉连接钢-CLT组合梁整体性能的重要参数。

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。