高温预处理对杨木正交胶合木剪力墙抗侧力性能的影响

[目的]研究往复荷载作用时国产速生杨木正交胶合木(CLT)剪力墙的抗侧力性能,阐明木材高温预处理和加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,为高温改性技术和国产速生木材在建筑结构中的高效利用提供参考。[方法]以木结构建筑常用的进口欧洲云杉规格材为对照,以相同强度等级的国产速生杨木为研究对象,选用180℃为预处理温度对杨木进行高温改性,制备5面全尺寸正交胶合木剪力墙,开展往复荷载作用时加速老化前后正交胶合木剪力墙的抗侧力性能试验。[结果]与相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙相比,往复荷载作用时未处理杨木正交胶合木剪力墙的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低5.8%、12.9%、8.0%;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能指标不同程度降低;与未处理杨木正交胶合木墙体相比,加速老化处理后,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低9.4%、9.7%、11.2%;木材经高温预处理后,经加速老化,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力变化较小,分别降低2.9%、2.4%、5.0%。[结论]往复荷载作用时,国产速生杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能略低于相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙,水平力作用时二者具有相似破坏模式,均为抗拔连接件节点处钉子被剪断;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的破坏模式均为底部墙角抗拔连接件处木材被拉断或劈裂破坏;木材高温预处理能够有效降低加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,具有相对较好的抗老化能力;建立正交胶合木剪力墙极限承载力计算模型,理论值与试验值误差小于10%。

新型耗能连接正交胶合木剪力墙抗侧力性能试验

为研究基于软钢屈服与橡胶剪切变形双重耗能机制新型连接的正交胶合木剪力墙抗侧力性能,考虑顶部竖向荷载、墙体高宽比、耗能连接件可更换性等因素,对6榀2.4m高足尺试件进行了单调及低周往复加载试验,并与普通金属连接正交胶合木墙体进行对比试验,获取并分析了剪力墙的破坏过程、力学性能参数及各项因素对抗侧力性能的影响规律。结果表明:新型耗能连接正交胶合木剪力墙在侧向力下的损伤主要集中在耗能连接的软钢耗能段屈服断裂与耗能橡胶脱胶破坏,墙体板材与自攻螺钉未见损伤;增大顶部竖向荷载可有效提升墙体的抗侧力性能,而增大高宽比主要可增加墙体的变形能力与延性;与普通金属连接墙体相比,耗能连接墙体的最大承载力相近,但延性提升26%,耗能能力提升38%,最大层间位移角可达1/23,且在原位替换耗能连接修复的墙体与原墙体的抗侧力性能相近,表明新型耗能连接正交胶合木剪力墙具有较好抗震性能,可实现强震后连接可更换、结构可修复的设计目标。

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.

轻型木结构剪力墙保温性能测试与分析

以国内首栋六层梁柱框架-轻型木结构剪力墙——山东鼎驰木业有限公司研发大楼为研究对象,对其一楼质检部墙体A与二楼仓库墙体B的传热系数进行测定分析。热流计分别呈横向与纵向布置,分别采取空调加热和电暖器加热,测试不同部位墙体的保温隔热性能;参照标准GB 50176—2016计算墙体理论传热系数;采用Abaqus软件对墙体传热系数进行模拟并对墙体内部温度与热流密度分布展开分析。研究结果表明:墙体A(横向)与墙体A(纵向)的平均传热系数分别为0.463、0.465 W/(m^(2)·K),墙体B的平均传热系数为0.374 W/(m^(2)·K),均达到了寒冷地区甲类公共建筑外墙标准;各测点传热系数实测值有一定差异,墙体保温性能不均匀,受施工条件与结构形式影响较大;墙体传热系数的理论结果与数值模拟结果分别为0.238 W/(m^(2)·K)和0.233 W/(m^(2)·K);保温层墙骨柱区域热流密度相比于保温棉区域显著提高,墙骨柱处易形成热桥,导致热流量和传热系数大幅上升,保温隔热性能下降。

带有轻钢剪力墙加固的榫卯木框架抗震性能分析

中国传统木结构建筑可以通过设置剪力墙提高抗震性能,而轻钢剪力墙具有抗剪能力大、横向位移刚度大等优点,是木结构的理想加固构件。本研究创新性地将轻钢剪力墙作为加固件置入榫卯木框架中,采用ABAQUS有限元软件分别建立了有无轻钢剪力墙的榫卯木框架模型,并对其抗震性能进行对比。通过输入同等级不同种类和同种类不同等级的地震波,对木框架进行罕遇地震下的动力时程分析,得到了不同工况下两组木框架各层关键节点的加速度响应、位移响应和结构应力特征。结果表明:设置轻钢剪力墙后,结构的自振频率大幅度增加,在地震波激励下,木框架的层间位移减小,结构稳定性增强。由于轻钢剪力墙承担了一部分应力,因而榫卯节点的承载能力提升,木框架的抗震性能有所增强。

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。

往复荷载下预应力正交胶合木剪力墙抗侧力性能研究

侧向荷载作用下,正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙的侧向承载力往往因墙体连接区域发生破坏而骤降。为了避免该破坏特征,提出在CLT墙板中贯穿无黏结预应力钢绞线,进而构成预压于基础上表面的预应力CLT剪力墙。通过拟静力往复加载试验,共测试了3面具有不同初始张拉力的无耗能件预应力CLT剪力墙和1面装有耗能件的预应力CLT剪力墙,所有试件均为2层楼层的缩尺墙体试件,且上、下层墙板间布置有经特殊构造设计的CLT-钢组合楼板系统。基于试验数据,分析侧向荷载作用下,墙体试件的力学性能参数,水平侧移、钢绞线张拉力变化特征和墙体破坏模式,计算墙板与钢基础间的最大静摩擦系数,研究耗能件对预应力墙体耗能能力的提高效果。结果表明:预应力CLT剪力墙具有良好的抗侧力性能,且加载结束后墙体试件几乎完好;位于上、下层墙板间的CLT-钢组合楼板系统能够在有效传递层间竖向力的同时,缓解其中的CLT楼板可能发生较大横纹受压变形的问题;耗能件能够一定程度上提高预应力CLT剪力墙的耗能能力,然而,耗能件与CLT墙板的连接方式还有进一步改进的空间。

预应力交叉拉杆轻型木结构剪力墙低周往复荷载的抗侧性能

对5组尺寸为1.2m×2.4m墙体的平面内低周往复加载试验,分析墙角锚固件、交叉钢筋、钢筋预应力对轻型木结构剪力墙抗侧性能的影响。结果表明:设置墙角锚固构件,有效提高墙体的各项抗侧性能指标;设置交叉钢筋,能够提高墙体的抗剪强度,增大墙体的极限位移及弹性抗侧刚度;但降低了墙体的极限位移和延性。施加预应力,能够显著的增强墙体的弹性抗侧刚度及延性性能,且随预应力增大而影响越大。墙体的抗剪强度,基本不受钢筋中预应力大小的影响。

往复荷载下正交胶合木剪力墙的承载能力与变形模式研究

正交胶合木(Cross Laminated Timber,简称CLT)剪力墙结构具有资源可再生、装配化程度高、承载能力强等优点。文章通过拟静力试验对往复荷载下CLT剪力墙的承载能力与变形模式开展研究。设计平台法和连续法建造的带半搭接节点的CLT剪力墙试件,通过对两种建造方法的CLT剪力墙试件进行拟静力往复加载试验,对比往复荷载作用下,两种建造方法的CLT剪力墙试件的破坏模式、初始刚度、耗能能力和刚度退化特性,并分析两种建造方法的CLT剪力墙变形模式变化趋势。研究结果表明:在相同的侧向位移下,连续法CLT剪力墙的节点变形较平台法CLT剪力墙严重,且连续法CLT剪力墙的初始刚度和耗能能力较平台法CLT剪力墙高,两种建造方法的CLT剪力墙均表现出了明显的刚度退化现象。

混合结构对正交胶合木剪力墙抗侧性能的影响

为评价层板材料对正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙抗侧性能的影响,对普通结构(单一锯材材料)CLT剪力墙和混合结构(锯材与单板层积材混合材料)CLT剪力墙进行了单向和低周反复加载试验。结果表明:墙体在单向荷载作用下主要因一侧墙角锚栓和基底锚栓的严重变形而发生破坏,在低周反复加载作用下则为墙角锚栓连接件的变形及钉子的疲劳剪断破坏;CLT剪力墙耗能主要来自于连接件变形和自攻螺钉弯曲、拔出和剪断;混合结构CLT墙体在单向和低周反复加载中的破坏位移、抗剪强度分别比普通结构CLT墙体低3.03%,24.75%和7.33%,3.31%;抗侧刚度则高出8.70%,7.45%。混合结构对CLT剪力墙不同抗侧性能影响不同,应加强CLT剪力墙与基础的连接,充分发挥CLT墙体本身的抗侧性能。

日式剪力墙覆面板钉连接性能试验研究

剪力墙是日式梁柱式木结构最主要的抗侧力构件,其抗侧力取决于覆面板钉连接的性能。按照日式剪力墙构造制作剪力墙覆面板钉连接试件,分别进行单调和往复加载试验,分析钉连接的破坏模式、荷载-位移曲线及承载力,并对相关曲线进行拟合分析。研究表明,加载方式对钉连接测试结果有明显影响;落叶松胶合板和辐射松/杨木复合胶合板的覆面板钉连接性能均较好,二者承载力相近。

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.

木质剪力墙侧移和抗侧刚度的研究

本文主要对轻型木结构剪力墙的抗侧刚度和侧移估计做了一些研究。木剪力墙的侧移和抗剪切刚度是非常重要的指标,在水平荷载作用下墙体的侧向变形能力是结构的重要性能之一。采用了冷弯型钢组合墙体的计算模型等代拉杆法来估计剪力墙的侧移和抗侧刚度。可以看到,等代拉杆法在弹性阶段有着较高的精度,但在弹性后阶段误差较大。本文在弹性后阶段提出了埋置作用和摩擦作用的假设,并对等代拉杆法进行了修正。

胶合木结构住宅侧向受力系统概念设计浅述

结合胶合木的主要特点,探讨了以胶合梁和胶合柱为主要受力构件的胶合木结构住宅的结构形式,提出了对胶合木结构侧向受力系统采取剪力墙和应力蒙皮结构的概念设计法,并做了简单介绍,以供木结构工作者参考。

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.

竖向拼缝对正交胶合木剪力墙抗侧性能的影响

为研究竖向拼缝对正交胶合木(CLT)剪力墙抗侧性能的影响,设计了无竖向拼缝和有竖向拼缝的两种CLT剪力墙试件,对这两种CLT剪力墙试件进行了拟静力往复加载试验,对比了往复荷载作用下两种CLT剪力墙试件的破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力和刚度退化特性。研究结果表明:无竖向拼缝CLT剪力墙的极限承载力和初始刚度较有竖向拼缝CLT剪力墙的极限承载力和初始刚度高,且相比于有竖向拼缝CLT剪力墙,无竖向拼缝CLT剪力墙在往复荷载作用下耗散了更多的能量;在相同的侧向位移下,无竖向拼缝CLT剪力墙的抗拔连接节点变形较有竖向拼缝CLT剪力墙的抗拔连接节点变形严重;两种CLT剪力墙试件均表现出了明显的刚度退化现象。

自复位钢木混合剪力墙结构直接基于位移的设计方法及易损性分析

提出一种适用于自复位钢木混合剪力墙结构的直接基于位移的设计方法,并设计了一栋6层自复位钢木混合剪力墙结构,通过非线性时程分析对设计方法的合理性进行了验证。进一步选取50条地震动记录进行结构的非线性时程分析,研究了结构在地震作用下的损伤状态。基于云图法的易损性分析,获得了6层自复位钢木混合剪力墙结构针对不同性能目标的易损性曲线,研究了自复位系数对结构易损性的影响。研究结果表明:直接基于位移的设计方法适用于自复位钢木混合剪力墙结构的分析,且可设置结构最大层间位移角和最大残余层间位移角为性能目标。结构在大震作用下具有良好的抗倒塌能力和自复位能力。

基于OpenSEES的木框架-剪力墙抗侧力性能数值模拟

利用OpenSEES建立木框架-剪力墙的有限元模型,选取OpenSEES中的Pinching4材料本构模型来模拟钉连接的非线性、强度退化、刚度退化和捏拢现象,模拟结果与试验结果吻合较好,论证了Pinching4材料模型可以同时适用于"单剪"和"双剪"两种形式的钉连接。通过在OpenSEES中建立木框架-剪力墙的参数化模型,分析钉间距和高宽比对木框架-剪力墙承载能力的影响,发现随着钉间距的减小,抗侧性能显著提高;高宽比对墙体抗侧性能影响不大;面板边缘钉连接对墙体承载力的影响更大。

多层胶合木框剪结构地震响应及易损性分析

为研究地震作用下胶合木框剪结构的材料-结构与性能映射规律,考虑正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙连续性差异,设计了6个6层胶合木框剪结构,并采用OpenSees建立结构的有限元模型,对其开展模态分析和增量动力分析,研究CLT剪力墙构造对结构基本自振周期、基底剪力、最大层间位移角和楼层峰值加速度的影响,分析CLT剪力墙节点和胶合木框架节点的易损性。结果表明:相比采用竖向不连续CLT剪力墙的原型结构,采用竖向连续CLT剪力墙的原型结构层间位移角较小,但加速度敏感的非结构构件和CLT剪力墙节点更易损伤,其CLT剪力墙节点在8度罕遇地震作用下发生严重破坏和完全破坏的概率分别高于70%和40%;胶合木框架节点在地震作用下损伤较小,各原型结构胶合木框架节点在8度罕遇地震作用下发生轻微损伤的概率均小于25%。

基于增量动力分析的重力-侧力承载体系分离钢木混合结构抗震性能研究

为充分发挥钢木材料及钢木结构受力性能的优势,提出一种重力-侧力承载体系分离的钢木混合结构。通过可变形连接降低结构在地震作用下的响应。以钢板剪力墙-胶合木框架混合结构为例,对钢、木结构之间的连接参数设计范围进行确定,进而基于增量动力分析研究钢木混合结构在各性能水准地震作用下的最大层间位移角,并通过概率地震需求分析方法对结构的损伤指标进行评估。结果表明:在重力-侧力承载体系分离钢木混合结构中,通过可变形连接可降低连接内力和结构楼层加速度,结构在立即居住、生命安全和防止倒塌性能水准下的层间位移角限值建议分别取为0.2%、0.7%和2.6%;地面峰值加速度与结构最大层间位移角之间总体呈对数线性关系,结构在浅表地震作用下的最大层间位移角比在深层地震作用下更大;重力-侧力承载体系分离钢木混合结构的抗震性能良好,各性能水准下的最大层间位移角超越概率较低。