胶合木双肢柱框架节点力学性能试验研究

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发展现代木结构是生态文明建设中的一部分,同时也是符合我国环境保护和节约资源的基本国策。我国对现代木结构的研究工作起步较晚,目前许多理论和技术的研究还处于探索阶段。节点连接的力学性能直接关系到现代木结构建筑的可靠性,而螺栓连接技术在现代木结构的节点连接中得到了最广泛的运用。目前对胶合木双肢柱框架梁柱螺栓连接节点形式的认识尚不足,往往将梁柱螺栓连接节点假定为铰接,这与工程实际不符,因此对胶合木螺栓连接节点的刚度及其力学性能展开研究具有重要意义。本文提出了一种胶合木双肢柱框架结构,框架梁夹在双肢柱之间,节点采用螺栓连接。为了研究该节点的力学性能,首先对此节点所使用的胶合木和螺栓进行材料性能试验,然后对12个节点试件进行了单向加载和低周反复加载试验,其中单向加载试件8个,低周反复加载试件4个。得到了胶合木双肢柱框架节点的弯矩—转角曲线、刚度退化曲线和节点耗能能力曲线,对比分析了该框架节点在螺栓孔径、螺栓数量与梁端外包钢板加强等参数变化条件下的破坏形式和承载能力。研究结果表明:随着螺栓直径加大,节点由延性破坏转变为脆性破坏,承载能力提高,刚度增加,耗能能力降低。根据Johansen屈服理论对梁柱螺栓连接节点常见的六种屈服模式采用塑性理论进行承载能力分析。对双肢柱节点采用叠加法分析,根据力学原理对单个螺栓进行分析,采用直径偏移法进行极限抗弯承载力计算,结果表明试验值与理论值的相对误差基本上小于5%。基于力学分析,推导了胶合木双肢柱框架结构螺栓连接节点的抗侧移刚度和变形计算公式。采用有限元软件ABAQUS对胶合木双肢柱框架节点进行了数值模拟,研究了其在单向加载和低周反复加载下的弯矩—转角曲线,并与试验结果进行对比分析,结果表明有限元模拟结果与试验结果的误差在可接受范围内,并分析了误差产生的原因。在验证有限元模型正确性的基础上,研究了螺栓端距、螺栓强度和螺栓的布置方式等参数对节点极限抗弯承载力的影响。研究结果表明保持与螺栓群形心的总距离不变,两列布置的节点极限抗弯承载能力高于三列布置的节点抗弯承载力;在满足规范要求的前提下,减少螺栓离胶合木的边距可以提高节点抗弯承载力;当螺栓直径保持不变时,提升螺栓强度对节点的抗弯承载能力提高效果不明显;当螺栓强度保持不变时,增加螺栓直径对节点的抗弯承载能力提高效果减弱。
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