【摘 要】
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木材是一种普遍运用于古建筑中的建筑材料,近年来因其绿色环保等特点重新活跃在大众视野,新型木结构体系层出不穷。我国《木结构设计标准》GB50005-2017对原木方木结构、胶合木结构和轻型木结构的设计方法做了相关规定,给出了木框架剪力墙及轻型木结构剪力墙受剪承载力和顶部水平位移的建议计算公式。本文提出一种新型多层装配式木剪力墙结构,这种结构与已有常规木结构不同,板材间不采用钉连接,取而代之的是一种仿
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木材是一种普遍运用于古建筑中的建筑材料,近年来因其绿色环保等特点重新活跃在大众视野,新型木结构体系层出不穷。我国《木结构设计标准》GB50005-2017对原木方木结构、胶合木结构和轻型木结构的设计方法做了相关规定,给出了木框架剪力墙及轻型木结构剪力墙受剪承载力和顶部水平位移的建议计算公式。本文提出一种新型多层装配式木剪力墙结构,这种结构与已有常规木结构不同,板材间不采用钉连接,取而代之的是一种仿照我国古建筑中“榫卯”的连接方式。本文针对这种新型装配式木结构中的主要承重和抗侧力构件剪力墙的轴压性能和抗震性能进行了试验研究和非线性有限元数值模拟,为这种新型装配式木剪力墙结构的推广应用提供了一定的依据,主要研究内容包括:(1)通过对8组不同新型装配式木剪力墙的轴压性能试验,研究了其试验破坏现象、破坏形态、破坏机理和轴心受压性能,分析了高宽比、加载方式、受力形式和两侧有无盖板对木剪力墙轴压承载力的影响。试验结果表明,木剪力墙的破坏形态均表现为平面外失稳破坏;荷载-位移曲线可分为非稳定增长阶段、线性增长阶段和趋近水平发展阶段三个阶段;木剪力墙的轴压承载力随高宽比的减小而增大,但非线性相关;加载方式、受力形式和两侧有无盖板对轴压承载力有明显的影响。(2)通过对7组不同新型装配式木剪力墙在低周反复水平荷载下的抗震性能试验,研究了其破坏发展过程、破坏形态、破坏机理和滞回性能,分析了木剪力墙的刚度退化、耗能能力、延性等抗震性能指标和水平受剪承载力。试验结果表明,木剪力墙发生倾覆破坏和剪切破坏两种破坏形态;在一定范围内增大竖向荷载、减小高宽比可有效提高木剪力墙的受剪承载力及抗侧刚度;木剪力墙具有较好的延性和良好的耗能能力。研究结果对新型装配式木剪力墙的工程应用具有指导意义。(3)采用ABAQUS有限元软件,建立了木剪力墙在轴压荷载作用下的非线性有限元分析模型,将计算结果与试验结果进行对比,在验证模型合理性的基础上,分析了高厚比对木剪力墙轴压承载力的影响。数值模拟结果表明,有限元计算与试验得到的荷载-位移曲线、峰值荷载及变形均吻合较好。高厚比小于13.3时,木剪力墙的轴压承载力主要由材料强度控制;高厚比在13.3-21.8范围内变化时,木剪力墙的轴压承载力由平面外变形和材料强度共同控制,轴压承载力随高厚比的增大而减小,且基本线性相关;高厚比大于21.8时,木剪力墙的轴压承载力主要由平面外变形控制,轴压承载力减小幅度增大。(4)采用ABAQUS有限元软件,建立了木剪力墙在水平荷载作用下的非线性有限元分析模型,将计算结果与试验结果进行对比,在验证模型合理性的基础上,分析了规格板块布置形式及墙肢宽度对木剪力墙受剪承载力的影响。数值模拟结果表明,有限元模型可以比较准确地预测木剪力墙的受剪承载力及开缝模式。覆面板宽度为300mm,连接板长度为1200mm布置形式的木剪力墙受剪承载力最大,较原始方案提高了24%;木剪力墙的受剪承载力随墙肢长度的增加而增加,但非线性相关,极限抗剪强度随着墙肢长度的增加而减小。
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