长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响

为研究长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响规律,以长期荷载水平、截面尺寸、有无螺钉为参数设计制作了9根钢-竹组合箱形短柱试件,其中6根为长期试件,施加长期荷载后实施二次轴心受压破坏试验,其余3根作为对比用的短期试件,直接进行一次轴心受压破坏试验。对比分析长期试件和短期试件的破坏过程、破坏形态、破坏特征,探讨长期荷载作用后的钢-竹组合箱形短柱的荷载-应变关系、极限承载力、构件延性等力学性能的变化规律。结果表明:长期荷载水平对试件极限承载力和延性系数有一定的影响,但对屈服承载力的影响不明显;增大截面尺寸,试件屈服荷载提高,极限承载力和延性系数降低;螺钉可以提高试件延性系数而对承载力影响不明显;长期荷载作用后试件极限承载力和延性均有一定的衰减,但极限承载力仍高于1.5倍的屈服承载力、延性系数大于2.0,说明长期荷载作用后,钢-竹组合箱形柱仍具有良好的强度贮备和延性性能,能够作为长期受力构件用于实际工程结构。     

边界骨柱对石膏面板轻木剪力墙抗剪性能的影响研究北大核心

采用木基结构板材的轻型木结构,其剪力墙的抗剪强度和抗剪刚度由面板和面板钉构造情况决定。当采用石膏面板时,剪力墙的失效主要由面板钉节点破坏导致,在受力后期木骨架将承担一定的墙体剪力,因此应考虑木骨架特别是边界骨柱对剪力墙抗剪性能的影响。通过对石膏面板轻型木结构剪力墙的单调加载试验,分别研究了有无墙面板、边界单骨柱和边界双骨柱对墙体剪力分配比例、抗剪强度和抗剪刚度等的影响。结果表明:边界骨柱对石膏面板轻型木结构剪力墙墙体抗剪承载力影响不大,但可提高抗剪刚度;采用边界双骨柱时可提高骨架剪力分配比例,延缓面板钉连接破坏,从而提升剪力墙抗剪性能;可采用本文提出的抗剪刚度提高系数计算边界双骨柱时墙体的抗剪刚度。     

压型钢板-轻骨料混凝土组合板的纵向抗剪性能

为评价压型钢板-轻骨料混凝土组合板的纵向抗剪承载性能,设计了11块压型钢板-轻骨料混凝土组合板足尺比例试件,采用四分点加载,完成了静力加载试验,分析了组合板的破坏过程,得出了组合板的荷载-挠度曲线、弯矩-端部相对滑移关系曲线,并分别用m-k法和部分剪力法对组合板的剪切粘结性能进行分析比较。结果表明:所有试件端部都发生较明显滑移和剪切-粘结破坏;钢板厚度、组合板厚度的增加、端部栓钉的设置均能有效提高组合板两种材料的协同工作性能,增强组合板延性和承载性能;所获剪切粘结系数m、k及剪切粘结应力设计值τ_(u,k)均能较好地描述组合板纵向抗剪承载性能,为压型钢板-轻骨料混凝土组合板的实际工程设计提供参考依据。     

薄壁型钢—竹胶板组合楼板抗弯性能研究

为了推进建筑楼板的轻型化,提出在两张竹胶板之间粘结两根薄壁C型钢,并用竹板条封边形成一种新型钢竹组合楼板,并进行3种组合楼板的试验研究及理论分析。①钢竹界面仅用粘合剂粘结的单纯胶结型;②钢竹界面用粘合剂粘结并钉入紧固件的复合胶结型;③钢竹界面采取粘合剂与紧固件并用,且在型钢两侧粘贴竹板条的型钢强化型。试验结果表明：螺钉紧固件有效地抑制界面连续的大面积脱胶,钢竹组合效应有所改善;型钢强化型组合板整体工作性能优良,能够提供较高的刚度和很高的承载力;新型组合楼板的力学性能可以满足作为建筑楼板的需要。根据组合楼板在正常使用阶段是理想的整体弹性变形试验结果,提出组合楼板抗弯刚度的计算方法;根据破坏阶段型钢的应力状态提出组合楼板极限抗弯承载力极限计算方法,据此计算的组合楼板跨中挠度及受弯承载力的计算值与试验值吻合较好。     

胶合木T梁负弯曲性能试验研究

【目的】探讨胶合木T梁的负弯曲性能,观察极限状态下构件的破坏形式,解析极限状态下构件的破坏机理,推导极限承载能力计算模型,以期为工程实际应用提供理论参考依据。【方法】采用跨中荷载试验与理论计算对比方式进行研究,实测分析了两组试件的应变、挠度、抗弯刚度、极限承载力及延性结果,观察分析了胶合木梁的破坏形态与破坏机理,基于Rammer剪切强度公式将弯剪强度理论值和试验值进行了对比。用兴安落叶松作为原材料,以剪跨比、跨高比为参数,设计制作2组即A组3根(高跨比1/12,剪跨比5.2)、B组3根(高跨比1/14,剪跨比6.1),共计6根平行胶合木T梁试件。将T梁反转成倒T梁,在两端简支条件下跨中加载产生正弯矩,使肋板受压、翼板受拉,模拟连续T梁跨中支承截面的受力性能。【结果】1)两组构件整体工作性能良好,受弯时极限破坏形态均为中部顺纹剪切破坏。2)两组构件相比,B组较于A组试件,屈服荷载降低9.7%,跨中屈服位移提高27.5%,极限抗弯承载力降低10.4%,跨中极限位移提高42.7%,抗弯刚度降低36%,延性系数提高22.4%。3)两组构件的荷载应变曲线在达到屈服点之前呈比例关系,满足平截面假定。4)受剪力滞效应影响,两组构件的跨中截面翼缘板正应力横向分布不均匀,呈现随距离肋板中心位置越远而越小的关系,最大差值比率达30%。5)构建了弯剪承载力计算模型,理论值与试验值最大相差3.1%,匹配度较高。【结论】总结了胶合木连续T梁在跨中支承截面的受力变形规律,揭示了其破坏机理,构建了极限弯剪承载力计算模型,经验证,具有一定的可靠性。     

内聚力模型在钢-竹组合梁变形分析中的应用

钢-竹组合结构的界面是由竹胶板和冷弯薄壁型钢通过结构胶粘接形成的,为解决有限元分析中界面处理的问题,采用内聚力单元,以此为基础建立钢-竹组合双搭接试件及工字形梁的有限元模型对其进行数值分析,同时制作3个不同搭接长度作为参数的双搭接试件和5根不同规格的组合梁进行静力加载试验,绘制荷载-位移曲线与模拟结果进行对比。研究结果表明:组合梁界面破坏主要发生在翼缘部分,其变形曲线主要由两部分组成且均呈线性分布,界面损伤后梁的刚度下降明显;两种试件的试验结果与有限元结果均吻合良好,误差均在10%以内;组合梁界面胶层的破坏过程与试验观察到的结果相同;内聚力模型模拟钢-竹界面具有一定的可靠性。     

胶合板-薄壁型钢组合楼板的振动及受弯性能研究

提出一种由冷弯薄壁型钢与意杨胶合板通过结构胶和螺钉连接而成的钢木组合板。研究钢板厚度、胶合板厚度、组合板高度、板跨等因素对组合板自振特性与受弯特性的影响,并提出一种更简便有效的舒适度判别标准。结果表明,意杨胶合板与薄壁型钢能很好地协同工作,提高型钢板厚与胶合板板厚,可显著提高组合板的承载能力与振动舒适度,且振动性能和抗弯承载能力满足建筑楼板的要求。推荐用于跨度3.6 m的住宅或办公室建筑楼板。     

木-钢组合箱梁抗弯性能试验及有限元对比分析

【目的】为促进木结构在大型工程中的应用范围,本研究提出了一种以落叶松胶合木板作为上下翼板、焊接冷弯薄壁槽钢作为腹板并通过螺栓连接的木-钢组合箱梁。【方法】采用分级加载的方式分别对3根木-钢组合箱梁和1根木箱梁进行弯曲加载试验,观测组合箱梁和木箱梁在荷载作用下翼缘和腹板的应变变化、挠度的发展、破坏过程及形态变化,研究其抗弯极限承载力和抗弯刚度等力学性能,并基于ABAQUS建立了有限元模型对组合箱梁及胶合木箱梁进行数值模拟分析。【结果】组合箱梁的翼板与腹板组合性能较好,最终均为下翼缘木板受拉断裂的破坏模式,同时伴随着钢材局部屈曲和上翼缘木材的局部劈裂等破坏;木箱梁为腹板顺纹剪切破坏。相比胶合木箱梁,组合箱梁的抗弯极限承载能力平均提升了30.33%,但初始刚度平均降低了34.42%;根据翼板横向应变分布计算了木箱梁和木-钢组合箱梁上翼缘的剪力滞系数以及有效分布宽度。有限元模型与试验结果吻合良好,能有效预测木-钢组合箱梁及胶合木箱梁的弯曲性能。【结论】木-钢组合箱梁充分发挥了木材和钢材的力学性能,相比于纯木箱梁,抗弯承载力提升显著,说明木-钢组合箱梁是一种科学合理的组合形式,研究成果可为木-钢...     

木骨架竹条覆面墙板竖向承载力试验研究

为研究木骨架正交斜放竹条覆面墙板的竖向承载能力,设计了3种覆面组合墙板试件(双面竹条,竹条-石膏板,层板-石膏板),每种墙板试件各3块,尺寸为1 200×1 200 mm。通过对试件进行竖向承载力试验,研究对比分析3种覆面组合墙板的破坏模式,荷载-变形曲线以及极限承载力。试验结果表明:墙体破坏初期,竹条覆面部分发生弯曲,层板与石膏板中部发生弯曲;继续加载,覆面与龙骨连接铁钉拔出,部分竹条失去与墙体连接,层板石膏板发生弯折破坏;最终,竖向龙骨整体失稳导致墙体破坏。层板-石膏板组合墙板竖向龙骨表现为墙板平面内失稳破坏,覆面为竹条的组合墙板竖向龙骨表现为墙板平面外失稳破坏。分析结果表明:正交斜放竹条覆面可提高试件竖向承载能力,且延性优于层板-石膏板覆面墙板试件。     

空心胶合木梁柱式结构抗侧力性能研究

为研究空心胶合木梁柱式结构体系抗侧力性能,对纯框架及框架-人字撑两种单跨结构试件进行了单调及低周反复加载试验,考察了结构破坏模式、耗能能力、刚度等抗震性能。结果表明:纯框架与框架-人字撑结构均具有一定抗侧力性能,但纯框架结构承载能力较弱,不建议单独用于工程实践;框架-人字撑结构具较大抗侧刚度及承载力,分别为纯框架的6.3倍及2.68倍,但其延性仅为纯框架的67%。两种结构失效前强度退化小于30%,具足够剩余承载力。     

胶合木-混凝土组合楼板受弯性能有限元分析北大核心

为研究胶合木-混凝土组合楼板受弯性能,采用ABAQUS有限元软件建立9个组合楼板模型,其中楼板部分采用实体单元,钢筋采用桁架单元。有限元分析采用三分点加载方式,研究组合楼板模型纯弯段混凝土强度、连接方式、混凝土层厚度以及胶合木厚度等因素对组合楼板抗弯强度的影响,并探究组合楼板纯弯段的破坏形态。结果表明:采用胶结加抗剪连接件连接的组合楼板其受弯极限承载力比采用胶结连接的组合楼板提高了11.35%,比采用抗剪连接件的组合楼板提高了32.64%。混凝土强度、胶合木层厚度及混凝土层厚度的增加均能提高组合楼板的极限承载力。胶合木-混凝土组合楼板表现出良好的抗弯性能,且能减少混凝土用量,发挥木材的优势,值得在实际工程中推广应用。     

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。     

轻型木结构用落叶松胶合板/纸面稻草板复合墙体的设计及性能评价

通过热工计算结果显示,由水泥砂浆(20mm)、落叶松胶合板(11mm)和石膏板(12mm)及纸面稻草板等国产材料构成的轻型木结构复合墙体,当纸面稻草板厚度大于102mm时,该墙体能够满足我国建筑规范中的保温和耐火极限要求.     

轻型木桁架齿板的承载性能分析

对轻型木桁架用连接件--齿板进行设计,并测试了齿板的极限受拉承栽力和受剪极限承载力,分析和探讨影响齿板连接性能的因素.试验证明:荷载与木纹夹角、荷载与板轴夹角均对板齿承载力有影响,荷载与板轴夹角对齿板的抗剪极限承载力有很大的影响.     

国产落叶松规格材齿板拉伸承载性能研究

为缓解我国结构材主要依靠进口的现状,对三种国产规格材及国产齿板进行拉伸试验,分析其破坏形式、承载力和延性。结果表明:在荷载平行于木纹方向时,兴安落叶松节点延性最好,进口云杉节点延性最差;在荷载垂直于木纹方向时,日本落叶松齿板节点延性最好,兴安落叶松节点延性最差。     

单调荷载下三层正交胶合木企口节点的剪切性能

为了研究3层正交胶合木(CLT)企口连接的连接性能,对3种不同榫头长度的正交胶合木企口连接试件和传统半搭接连接试件进行准静态单调加载剪切测试。分析企口试件的破坏模式,比较企口试件与半搭接试件在承载能力、刚度以及延性方面的改变,并对比3种不同榫头长度对CLT企口节点抗剪性能的影响。测试使用全螺纹自攻螺钉,垂直CLT板宽面单侧打入,企口连接的榫头长度分别为35,50和65 mm,半搭接连接的搭接长度为50 mm。参照欧洲标准EN 26891-1991进行准静态单调加载。结合试验现象和数据进行了分析比较,结果表明:企口试件的主要破坏现象为STS屈服、钉帽拉穿和木材销槽承压破坏,同时,得益于企口连接的剖面形状,试件在整个加载过程中保持了良好的完整性,未发生面外偏转。半搭接试件易发生面外偏转、钉尖拔出、构件分离。3种榫头长度的企口连接相较半搭接连接在最大承载力、初始刚度和延性方面都有提升。榫头最长的TG-65组试件力学性能相对较好,较半搭接HL-50组试件承载力提升23%、初始刚度提升200%、延性系数提升206%。     

倾斜角度对木榫旋转焊接节点抗剪性能的影响

为给木榫旋转焊接技术在无胶组合木梁中的应用提供设计参考和理论依据,研究木榫旋转焊接组合梁中木榫的抗剪性能。选用山毛榉(Fagus sylvatica)木榫旋转焊接SPF(Spruce-Pine-Fir)基材,设计木榫垂直焊接和倾斜焊接,共3组试件,每组各制备50个,进行单剪试验,获得其破坏模式及荷载-位移曲线。试件的木榫破坏模式为类双铰破坏,其中,S-135组存在绳索效应。基材受木榫挤压破坏。对荷载-位移曲线进行特征值分析,S-135组各特征值均最大,抗剪效果最好。分别采用GB 50005-2017、美国NDSWC-2018木结构设计规范和欧洲Eurocode 5-2014木结构设计规范中金属销类连接件抗剪承载力公式,计算3组试件的承载力。结果表明,除Eurocode 5-2014计算S-90、S-135组以及GB 50005-2017计算S-135组误差较小外,其余计算误差均较大。基于破坏模式进行受力分析,提出适用于旋转焊接木榫的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,误差均小于10%。     

旧面板对轻型木结构钉节点力学性能的影响

旨在通过新、旧定向刨花板(OSB)面板钉节点的对比研究,探究面板自然劣化对钉节点连接性能的影响,为今后的木结构设计和用材作参考。选取云杉-松木-冷杉规格材(SPF)、不同厚度的新旧OSB和国产麻花钉,将麻花钉垂直钉入OSB和SPF之间,依据荷载垂直于木材纹理和平行于木材纹理两种方向,共制作72个钉节点连接试件。试验参考ASTM D1761-12,对试件进行单调加载,研究不同厚度自然劣化后的旧OSB面板在横纹和顺纹连接情况下对轻型木结构钉节点力学性能的影响。结果表明:新旧OSB连接对比,除延性系数外,旧OSB面板与SPF连接的钉节点试件的荷载、刚度、耗能能力等都呈下降趋势;厚度不同的OSB连接对比,12. 0mm厚度的OSB面板连接的钉节点的荷载、刚度、延性系数、耗能能力都大于9.5 mm的OSB面板连接的试件,且12.0 mm旧板连接的力学性能下降幅度小于9.5 mm;在荷载、初始刚度、延性方面,旧板横纹连接小于顺纹连接的下降幅度;在耗能上,旧板横纹连接与顺纹连接区别不明显。试验中多发生钉子一铰弯曲和OSB、SPF破坏的试验现象,符合欧洲木结构设计规范中的破坏模式,因此可用欧洲规范计算本研究中钉连接节点最大荷载。     

轻质钢竹组合楼板受弯承载力试验研究

提出一种新型的轻质组合楼板——两张竹胶板之间夹一张压型铜板，竹板与钢板之间用高强度结构胶粘剂粘结形成钢竹组合楼板。以竹胶板厚度、铜板墀度和组合楼板跨度为参数，对6块钢竹组合楼板试件进行抗弯性能试验。通过试验观察各级荷载作用下压型铜板及竹板中的应变变化、组合楼板挠度的发展，探讨组合楼板的破坏过程、破坏形态及破坏机理，考察楼板的组合效应，并获得组合楼板的极限抗弯承载力。结果表明，钢竹组合楼板整体工作性能优良，竹胶板与钢板之间具有很好的组合效应，能够提供较高的刚度和承载力；根据组合楼板破坏阶段的应力状态，本文提出组合楼板受弯承载力计算方法，据此计算的受弯承载力计算值与试验值吻合较好。研究表明，钢竹组合楼板力学性能优良，可以满足作为建筑楼板的需要，具有很好的发展前景.     

竹-原木组合梁受弯承载力试验与数值模拟

【目的】竹、木结构使用越来越广泛,传统竹、木结构跨度、结构尺寸和承载力受到材料特性多因素影响,大多以钢木、木混等组合居多,竹木组合结构很少,对竹木组合结构受力特性研究甚少。揭示竹木组合梁结构受力特性与承载力计算关系。【方法】以原木为骨架,利用环氧树脂胶合剂连接竹集成材一种竹-原木组合梁试验模型,采用结构尺寸和特性一致的3根原木梁和3根竹-原木组合梁,进行了三分点加载受弯对比试验,分析两种结构梁的破坏形态、极限承载力、抗弯刚度和应变变化规律。【结果】1)原木梁和竹-原木组合梁均发生脆性破坏,两种原材料天然缺陷对受弯承载力有较大影响。2)跨中截面沿高度应变仍基本符合平截面假定,说明竹材和木材能够协同工作。3)竹-原木组合梁相比原木梁组平均值抗弯承载力提高了38.8%,刚度提高43.3%,跨中挠度增加24.2%。4)竹原木组合梁受弯承载力计算简式的理论计算与与试验结果进行对比,竹-原木组合梁极限承载力相比原木梁提高37.36%与试验结果提高38.8%,平均误差值在5%以内。【结论】说明竹片充分发挥抗拉性能,抗弯刚度和承载力均有较大提高;假定推理出了数值模拟与试验结果吻合较好,该研究成果对于竹-木组合结构设计以及在木结构工程中的应用提供了试验和理论依据。