长螺杆加强型胶合木梁柱节点力学性能

胶合木梁柱螺栓钢填板节点由于抗弯刚度较低,在结构设计中通常被视为铰接。提出了一种长螺杆加强型胶合木梁柱节点,为无支撑或剪力墙的中高层木结构体系中提供较好的刚性连接。设计并加工了3组不同长螺杆直径的节点试件,通过单调加载和往复加载试验探究了节点的抗弯刚度、抗弯承载力、破坏模式及耗能性能。通过ABAQUS有限元软件建立了节点力学模型,模拟结果与试验结果较为吻合,并基于该模型开展了参数分析。结果表明:该节点具有较高的抗弯刚度与抗弯承载力,经过合理构造后节点损伤主要集中在长螺杆,而长螺杆在破坏后易于更换,可提高节点韧性与使用寿命。参数分析结果表明,转动刚度与长螺杆直径及力臂呈正相关。基于试验与模拟的结果,提出了该类节点抗弯刚度及抗弯承载力的计算方法,为其在实际工程中的设计与应用提供参考。

考虑螺栓布置的胶合木螺栓-钢插板连接抗拉性能

多螺栓—钢插板连接是应用较为广泛的胶合木结构节点连接方式。依据螺栓数目、排列方式、螺栓直径、木材厚度4个影响因素将试件分为了12组(每组6个)进行受拉试验,得到了各试件的破坏模式以及初始刚度、屈服荷载、峰值荷载和延性系数等参数,试验结果表明在木材厚度和螺栓直径相同的条件下,破坏现象随着螺栓数量增加,破坏模式的变化规律比较相近,木材的左右侧面产生不同程度的劈裂裂缝,裂缝从顶部延伸至最后一行螺栓以下。对比力学性能,随着螺栓数量的增加,试件的初始刚度、屈服荷载和峰值荷载均增加,而延性会发生减小。最后以螺栓直径与数量为自变量对多螺栓—钢插板连接节点初始刚度和峰值荷载的公式进行了拟合,结果与试验数据有良好的一致性。

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。

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。

预应力方套管连接胶合木梁柱节点抗弯试验

提出在胶合木结构中采用预应力方套管螺栓连接,该连接采用高强螺栓和钢套管作为连接件.通过单调加载和往复加载下的梁柱节点抗弯试验,对比了方套管节点和传统螺栓群连接节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度和耗能性能.结果表明,由于摩擦阶段钢管与钢板间的摩擦力确保了初始传力,套管节点的初始转动刚度显著提升,耗能能力也得到改善.

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.

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。

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。

胶合木连接节点形式及其应用研究

胶合木是现代木结构中常用材料,因其绿色环保、工业化程度高、设计灵活等特点在土木工程中得到广泛应用。胶合木结构连接节点既是设计中的重点,也是施工中的难点,胶合木连接节点可分为齿连接、钉连接、螺栓连接、齿板连接和植筋连接。主要介绍了胶合木结构各连接节点的形式及构造要求,并对胶合木结构各连接节点的理论研究成果和试验研究成果以及在实际工程中应用现状进行分析。最后,指出了胶合木结构连接节点应用所面临的问题及解决措施。

胶合木预应力套管螺栓连接梁柱节点受力性能

胶合木结构中的梁柱大多采用钢填板螺栓进行连接,即通过内嵌的钢板、采用螺栓连接梁柱构件。然而,这种连接方式存在螺孔与螺杆间空隙大、初始刚度低、木材易劈裂等问题。为提高节点的初始刚度、改善既有破坏模式中木材劈裂问题,提出一种将T形钢连接件的翼缘通过对拉螺栓连接于柱侧、T形钢连接件的腹板插入梁端并通过预应力套管螺栓与梁端紧密连接的节点构造。为了研究套管形状对节点受力性能的影响,分别制作使用方形套管和圆形套管的胶合木预应力套管螺栓节点试件,开展单调和往复加载试验。基于试验,得到了节点刚度、承载力以及延性等性能,并分析不同形状预应力套管螺栓节点的受力性能。结果表明:与传统钢填板螺栓节点相比,所提出的预应力套管螺栓连接梁柱节点初始刚度是其3倍以上;使用方形套管可延缓木材劈裂、减缓节点的刚度退化,但承载力比圆形套管节点降低9%。

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。

胶合木梁柱螺栓-钢填板节点转动性能研究

通过4组22个胶合木梁柱螺栓-钢填板足尺节点试件的单调和低周反复加载试验以及有限元数值模拟研究梁柱螺栓-钢填板节点的转动性能。试验研究表明,胶合木梁柱螺栓-钢填板节点性能主要取决于螺栓和螺孔周边木材的承压能力;节点加载初期的螺孔间隙和加载后期木材横纹裂缝张开均会导致节点刚度显著下降;同等条件下,节点初始刚度和极限弯矩随螺栓直径的减小而减小,节点初始刚度随螺栓边距的增加而减小。对试件进行有限元分析结果表明,基于有限元分析软件建立的节点三维实体模型对于节点的初始刚度和极限弯矩有较好的模拟精度(误差20%以内)。此外,模型参数分析表明,在更大取值范围内(螺栓直径12~28 mm,螺栓边距30~70 mm),螺栓直径和边距对节点性能的影响与试验结果一致。

自攻螺钉增强胶合木梁柱螺栓节点受力性能试验研究

设计制作了9个胶合木梁柱螺栓节点试件,其中7个螺栓节点采用自攻螺钉进行增强。进行了单调和低周反复加载试验,研究胶合木梁柱螺栓节点采用自攻螺钉增强后的受力性能。试验研究表明,胶合木梁柱螺栓节点易产生木材撕裂破坏,采用自攻螺钉增强后的节点由于自攻螺钉咬合力作用,有效抑制了木材纹理的开裂;当螺栓边距、端距小于GB/T50708—2012《胶合木结构技术规范》限值时,节点试件的承载力及延性仍有明显提高,其中,螺栓直径20 mm的节点试件承载力最大提高了112%,螺栓直径14 mm的节点试件承载力提高了81%。

胶合木梁柱嵌入钢板-螺栓拼接节点纯弯与弯剪性能试验研究

为研究胶合木梁柱嵌入钢板-螺栓拼接节点在纯弯和弯剪复合荷载作用下的破坏机理、受弯承载力的变化规律和计算方法,设计并制作了3组共15个足尺节点试件,对其进行单调加载试验。以单螺栓节点横纹承载力计算方法为基础,经推导建立了考虑节点剪弯比影响的节点受弯承载力计算方法。试验和计算结果表明:弯剪复合荷载作用下节点的主要破坏模式为木材横纹劈裂破坏;剪力导致弯矩-转角曲线非线性特征更为明显;节点受弯承载力和延性随节点剪弯比的增大而减小;节点的剪弯比变化使节点受弯承载力和延性下降最多分别达到31.7%和15.6%。此外,对已有的节点受弯承载力计算方法分析可知:基于van der Put模型的节点受弯承载力计算方法具有较高的精度(与试验值偏差在16%以内);而基于Jensen模型和按欧洲规范EN 1995-1-1预测的结果则偏于保守。

层板胶合木梁柱钢填板-螺栓连接节点横纹受力性能试验研究

为研究层板胶合木梁柱钢填板-螺栓连接节点横纹受力性能,对6组20个足尺节点试件进行抗剪试验,获得了节点的受剪性能指标和特征曲线。结果表明:节点的破坏均表现为木材的横纹劈裂脆性破坏,且第一条贯穿裂缝基本出现在靠近加载侧的螺栓孔处;相比于加载边边距e2,非加载边边距e1对节点的力学性能影响更为显著,非加载边边距e1取30~70mm时节点的屈服荷载和弹性刚度的变化幅值分别达16.6%和60.8%。总体上,试验所得受剪承载力与理论公式计算的相差较大,但相对而言,由van der Put计算公式计算的受剪承载力与试验结果最为接近,且偏于保守。

胶合木预应力套管螺栓群连接梁柱节点受弯承载力及参数分析

采用有限元软件ABAQUS建立了钢插板胶合木预应力套管螺栓连接梁柱节点的三维有限元模型,分析了节点的受弯特性,并通过与试验结果的对比验证了模型的合理性。有限元分析结果表明,套管梁柱节点摩擦阶段的抗弯刚度较传统节点的有明显提升,基于分析结果,对钢管与钢板摩擦力、钢管外径和壁厚、高强螺栓直径和等级、木材强度和厚度等参数对套管节点抗滑移刚度的影响进行了进一步分析。依据分析结果,建议高强螺栓的预拉力值介于规定值的100%~110%之间,钢管与钢板间摩擦系数不小于0.3,钢管径厚比的合理取值范围为6~10,相应的初始应力比在0.4~0.6之间。研究成果可为胶合木构件套管螺栓连接节点的设计提供参考。

重组竹和钢板加固胶合木梁柱节点抗侧性能研究

针对胶合木梁柱钢填板螺栓节点转动时螺栓挤压孔壁易引起木材劈裂这一问题，研究了内贴重组竹板和外包钢板的加固方法。对未加固对比试件和3个加固试件进行了单调加载试验，分析了4个试件的弹塑性刚度、屈服荷载、极限承载力及变形能力。试验发现，未加固对比试件U-M发生典型的螺栓截面处木材劈裂破坏，裂缝扩展变宽导致承载力丧失，而采用内贴重组竹板和外包钢板加固后，胶合木梁柱钢填板螺栓节点的抗劈裂性能明显改善；加固试件B-M，S1-M，S2-M与未加固对比试件U-M相比，最大弯矩分别提高了75．4％，70．4％，117．5％，最大弯矩对应的转角分别提高了73．3％，182．7％，348．1％。