新型仿编木钢结构景观人行拱桥设计

为实现古代编木式拱桥的装配化设计和施工,采用钢结构设计跨径13.2 m编木造型景观拱桥一座,并对部分节点进行简化处理,利用Midas Civil建立全桥有限元模型对该桥进行结构分析,研究表明:作为景观人行桥,本设计方案在结构静力、动力和稳定性方面均满足要求,在实现桥梁仿古编木景观功能的条件下方便了设计和施工,对古代桥梁文化具有积极的推广作用。

CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点力学性能正交试验研究

为了明确异型截面钢填板对节点性能的影响,为木结构异型钢填板螺栓节点提供安全性的设计经验,提出CFRP-木结构波纹钢填板螺栓节点,在正交试验设计条件下开展单轴顺纹拉伸试验研究.试验发现,节点具有多种受力特征,包括木构件剪切破坏、顺纹向张开型断裂(TL断裂)、端部顺纹压溃、CFRP断裂和螺栓弯折等形式;节点在受力过程中没有明显屈服阶段,主要经历线弹性阶段、断裂失效过渡阶段和断裂失效阶段.通过正交参数分析得到不同因素对所提节点主要力学性能的影响程度及规律.结果表明:各因素对极限强度和延性的影响比对弹性刚度的影响显著,且波角和波高为主要影响因素.极限强度与波角负相关且随着波高的增大呈波动变化,延性与波角和波高负相关.

深中通道西人工岛现浇隧道钢木组合弧形模板施工技术

深中通道西人工岛岛上现浇隧道部分墙体为曲率渐变的弧形结构,为适应隧道弧形结构施工,采用前期方案设计与现场工艺验证相结合的方法,研究形成钢木组合弧形模板施工技术。经工程实践证明,该技术较好地解决了变曲率弧形墙体模板通用性程度低的难题,相较于常规的定制钢模板或散拼木模板体系,钢木组合弧形模板体系在质量、安全及成本控制方面具有较为明显的优势,可为类似工程提供借鉴。

基于安全目标的钢、木梁挠度限值

在既有结构可靠性评定和结构健康监测中,梁挠度既是构件正常使用性能的直接体现,也能反映构件的安全状况。以构件安全性控制为目标,证明梁挠跨比与最大拉应变和挠跨比综合系数成正比,并用钢、木梁受弯性能试验文献中的数据对挠跨比综合系数进行了验证。混凝土楼板与钢梁的协同作用使其挠跨比受截面高度增大、截面中和轴高度变化、混凝土翼板与钢梁之间滑移及负弯矩区刚度变化的影响,综合影响系数为0.64~0.83。木楼板与木梁的协同作用对挠跨比的影响不大,但木材蠕变引起木梁长期挠度显著增长。建立了基于最大拉应变限值的梁挠度分级控制方法。与现行标准中的挠度限值进行了比较,结果表明:建议的挠度限值具有明确的安全性控制目标,并根据梁的具体受力特征变化而有显著不同,比现行标准的限值范围更宽、适应性更强且更精确,可供既有结构可靠性鉴定和结构健康监测参考。

大伾山悬崖驿站

大伾山悬崖驿站坐落于山石之上,建筑主体为钢木结构,并以夯土、毛石、藤编、石板瓦等传统材料打造了整体的空间。建成后不仅可供游客休憩,同时成为历史文化环境的重要组成部分,也可作为非物质文化遗产的宣传载体,弘扬非遗文化和精神。

木构体系对空间的释放——成都中铁建青羊樾府社区中心

青羊樾府社区中心是当代木构体系运用的实例,用层压胶合木的钢木混合体系,尝试突破传统木构形式,创造有自然气息、触感温暖的体验以唤起使用者共鸣。

剪力墙类型对钢木混合结构抗震性能的影响

钢框架-木剪力墙结构是一种适用于多高层的绿色低碳结构体系.木剪力墙可分为轻木剪力墙和重木剪力墙两种类型,掌握不同剪力墙类型对结构地震响应的影响规律可为结构设计提供依据.本文使用专为木结构开发的新型单轴滞回模型DowelType,模拟轻木、重木剪力墙混合结构,建立4层有、无墙顶摩擦型阻尼器的混合结构模型,进行频遇地震和罕遇地震下的非线性时程分析,得到层间位移角、结构内力水平、阻尼器耗能等响应的分布,总结了剪力墙类型对上述响应的影响规律.

钢木混合结构错列桁架体系受力性能

目的结合钢、木结构的特点设计一种新的住宅结构——钢木混合结构错列桁架体系,分析其在荷载效应基本与偶然组合下结构的受力性能.方法利用商用结构分析软件建立了钢木混合结构错列桁架体系的基本模型.建立了8个有限元模型,分析纵向支撑、桁架结构形式、桁架是否落地、膝撑的设置、结构高宽比等因素对结构受力性能的影响.结果该结构体系在荷载效应的基本组合,桁架弦杆、腹杆、框架柱、楼板搁栅的内力较小,横向平面内弯矩和剪力主要集中在桁架层,而框架柱中的剪力和弯矩很小,其主要承受轴向力,充分利用了钢材抗拉弯、木材的抗压,使两种材料均发挥了各自的长处;该结构体系在荷载效应的偶然组合下,以错列桁架为抗侧力体系,结构水平剪力大部分化作桁架斜腹杆的轴向力,柱子主要承受轴向力,使得结构侧移明显降低.结论钢木混合结构表现出了良好的抗震能力,模拟计算结构为实际工程提供理论依据.

轻型钢木混合楼盖水平荷载转移性能

通过水平集中荷载作用下一层两跨的钢木混合结构拟静力试验,研究轻型钢木混合楼盖弹性状态下平面内刚度及其对水平荷载的分配.为了量化楼盖平面内刚度对水平荷载分配的影响,定义了楼盖水平荷载转移能力系数β,探讨了楼盖平面内刚度与竖向抗侧力构件抗侧刚度比值α与β的关系,并根据α及β数值大小定义刚性楼盖.试验结果表明,轻型钢木混合楼盖在仅铺设SPF（云杉-松木-冷杉）规格材面板且竖向抗侧力构件仅为钢框架时,α在0.5～1.0之间,β为64.0％左右,楼盖已能较好地分配水平荷载;铺设水泥砂浆面层后,α增至3.0以上,β增至90.0％左右,结构有很强的空间协同作用,楼盖为刚性楼盖;当竖向钢框架间加上轻型木剪力墙后,α下降至1.0～2.0之间,β下降至78.0％左右,楼盖不再为刚性.

自复位钢木混合剪力墙:抗侧力性能试验研究与自复位机理参数分析

该文提出一种新型自复位钢木混合剪力墙体系,其由自复位钢框架、轻型木剪力墙及滑动摩擦型阻尼器组成。通过往复加载试验研究了自复位钢木混合剪力墙体系的抗侧力性能、破坏模式、剪力在钢框架与木剪力墙中的分配规律以及钢绞线内力变化规律。在此基础上,基于OpenSEES平台建立了自复位钢木混合剪力墙的数值模型,并通过试验数据验证了模型的准确性。利用该数值模型进行体系关键参数分析,研究了不同参数设置下自复位钢木混合剪力墙的自复位性能。分析参数选为阻尼器激发力水平及体系初始预应力水平。结果表明:自复位钢木混合剪力墙体系的滞回曲线呈“旗帜型”,自复位性能良好,大位移下阻尼器锁定可带来体系强度与刚度的二次提升;试验中,阻尼器长圆孔设置较长可有效减轻木剪力墙中损伤。参数分析结果显示,阻尼器激发力水平的提高会降低体系的自复位性能,相同阻尼器激发力水平下,体系初始预应力水平的提高不会持续提高体系的自复位性能;根据参数分析结果,给出了自复位钢木混合剪力墙体系中阻尼器激发力与体系初始预应力水平选取的建议公式。

粘贴钢板加固木梁试验研究

对8根木梁粘贴钢板加固进行对比试验研究,其中3根为对比试件,5根为粘贴钢板加固木梁试件,试验参数包括钢板厚度(3或5mm)、钢板层数(1或2)和是否采用螺栓锚固。研究结果表明:粘贴钢板加固木梁的极限承载力有明显提高,提高幅度为9%～141%(平均提高60%);其中采用螺栓锚固的粘贴钢板加固木梁的极限承载力提高幅度更大,平均提高88%。加固木梁的极限位移亦明显提高,提高幅度为16%～139%(平均提高61%)。粘贴钢板加固木梁试件的初始弯曲刚度亦有较大提高,提高幅度为32%～158%,其中粘贴一层5mm厚钢板的加固木梁提高最多。粘贴钢板加固木梁跨中截面仍基本符合平截面假定;在相同荷载作用下,加固木梁受拉边缘钢板拉应变和受压边缘压应变明显小于对比试件。粘贴钢板加固木梁并用螺栓锚固是一种有效的加固方法。

新材料组合结构

新型结构材料的开发及应用是土木工程技术发展的一个主要驱动力。新型结构材料往往部分性能非常突出,而其他性能却相对较弱。因此,在土木工程中应用某种新型结构材料时,往往需要将其与其他传统或新型结构材料进行优化组合,以期获得高性能的结构。与传统钢-混凝土组合结构相比,基于新材料应用的组合结构(即新材料组合结构)的材料选择更加多样化,结构性能更加突出,为结构工程提供了巨大的创新和发展空间。文中介绍了作者课题组提出的5种新材料组合构件形式,并回顾部分相关研究工作,希望能为新材料组合结构的发展起到抛砖引玉的作用。

错列钢木混合桁架设计研究

在错列桁架钢木混合结构体系中,桁架直接承受重力荷载,是横向抗侧力的主要构件,因此桁架设计研究对于错列桁架结构体系的整体受力性能至关重要。在初步布置钢木杆件的基础上,研究在桁架跨度一定的情况下,桁架节间数目不同、空腹节间位置不同时桁架杆件在竖向荷载作用下的内力变化;桁架腹杆的合理布置形式。比较结果表明:在钢木混合桁架中,上弦杆、竖腹杆选用木材,斜腹杆、边柱、下弦杆选用型钢的布置方案是合理可行的;尽量避免将空腹节间设置在桁架端部;需在非跨中布置空腹节间时,腹杆两边对称布置、适当增加节间数目都可使杆件内力较为均匀,布置空腹节间更为合理。

错列桁架体系高层钢木混合结构整体稳定性多因素分析

错列桁架体系高层钢木混合结构住宅是一种新型的绿色住宅。通过建立8个结构模型,考虑材料非线性和几何非线性对结构整体稳定性进行分析,研究结构材料、高宽比、不同抗侧力体系等因素对该结构整体稳定性的影响规律,探讨该体系合理的结构形式及布置。

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.

螺丝连接钢板可逆抗弯加固木梁的试验研究

优秀历史木结构建筑的维修加固方法要求具有可逆性,以保证其永续保护和适应性利用。共进行了11根螺丝连接钢板可逆加固木梁的对比试验研究,其中3根为未加固对比试件,8根为螺丝连接钢板加固木梁试件,试验参数包括螺丝直径、螺丝间距和钢板重复利用次数等。研究结果表明,螺丝连接钢板加固木梁的极限承载力显著提高,提高幅度为16%～79%,平均提高50%;初始弯曲刚度明显提高,提高幅度为21%～38%,平均提高30%;木梁跨中截面变形基本符合平截面假定。在相同荷载作用下,加固试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显小于对比试件,加固试件跨中钢板应变明显滞后于木梁底面应变。理论计算和有限元分析结果均表明,螺丝连接钢板加固木梁受弯承载力计算值与试验值较为吻合,满足工程精度要求。螺丝连接钢板加固木梁是一种可逆的、可循环的、施工方便的、有效的加固方法,可用于优秀历史木结构特别是文物建筑的永续保护。

错列桁架体系高层钢木混合结构整体稳定性分析

论文对错列桁架体系高层钢木混合结构的整体稳定性进行研究,同时考虑材料非线性和几何非线性,模拟其在载荷作用下的变形和失稳过程,得到荷载-位移曲线和极限承载力大小。通过分析,得出错列桁架体系高层钢木混合结构具有较高的极限承载能力、耗能能力以及延性较好的结论。

轻型钢木组合剪力墙抗侧性能试验研究

对轻型钢木组合剪力墙抗侧性能进行研究,设计一个轻型钢框架对比试件,进行单调加载试验;两个轻型钢木组合剪力墙试件,进行低周反复荷载试验;考察有无OSB板及板厚对轻型钢木组合剪力墙抗侧性能的影响,研究墙体的破坏形态、抗侧承载力、滞回性能、延性、耗能能力等.研究结果表明,轻钢龙骨框架中引入常用的OSB板组成轻型钢木组合剪力墙可提高其侧向承载能力,随着板厚的增加抗侧性能有所提升;轻型钢木组合剪力墙抗震性能较差,轻钢龙骨框架与OSB板未能良好地协同变形发挥其组合作用,可见自攻螺钉未能起到较好的连接作用.建议进一步深入探究其协同工作机理及覆面板材料和厚度等参数的影响规律,为轻型钢木组合剪力墙工程实际提供参考.

木材-T型钢填板螺栓连接节点耐火极限试验

为了研究不同持荷水平和不同表面处理措施对木结构节点耐火极限的影响,进行了木材-T型钢填板螺栓连接节点试验.结果表明,木材-T型钢填板螺栓连接节点试件的最终破坏形式为木材在螺栓孔处撕裂,卸载后除梁顶螺栓处有较大纵向裂缝,其余裂缝基本闭合.与持荷水平为10%的试件相比,持荷水平为20%和30%的试件耐火极限分别降低了17.1%和52.1%,持荷水平越高,对耐火极限降低的相对影响越大.表面采用防火涂料处理后,持荷水平为30%的试件耐火极限提高约85%.试件同一横截面、相同埋置深度处同材质材料的温度是相同的,但钢材温度高于木材.

钢板加固木梁的试验研究

进行了三种联结方式的钢板加固木梁的抗弯性能试验,分析了其破坏特性、极限荷载、刚度、应变等性能,得出了一些有益的结论,可为实际工程应用提供参考。