钢夹板—螺栓连接胶合木抗剪性能试验研究

为了研究钢夹板—螺栓连接胶合木的抗剪性能,以东北落叶松胶合木—钢夹板螺栓连接件为研究对象,共设计12组(36个)钢夹板—螺栓连接胶合木进行剪切静载试验,结合理论分析和试验结果表明:材料规格和螺栓数目相同时,螺栓错列布置的抗剪能力明显高于并列布置;随着螺栓列数的增加,屈服荷载与极限荷载明显提高,且螺栓列数与剪切荷载呈非线性关系;在多螺栓连接件中,随着螺栓间距的增大,连接件的初始刚度与屈服后刚度呈减小趋势,极限荷载与屈服荷载呈增大趋势。     

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.     

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...     

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。     

自攻螺钉连接正交胶合木抗剪承载力研究

采用自攻螺钉(Self-tapping screw,STS)连接正交胶合木(Cross-laminated timber,CLT),对5种不同参数的连接试件进行单调加载和分级加载试验,测试其抗剪承载力。结果表明,增加STS长度、直径,可明显提高CLT连接试件的抗剪承载力;钉入角度为45°比钉入角度30°时的抗剪承载力提高了28.3%;主侧材对接、STS左右双向斜钉是一种较优的连接形式,比搭接的抗剪承载力提高了50.7%。     

SPF胶合木植筋抗拔性能研究

采用“拉-拉”荷载模式研究SPF(云杉-松木-冷杉)胶合木植筋抗拔性能,探讨了边距、胶层厚度以及长径比等对胶合木植筋连接抗拔强度和破坏模式的影响.结果表明:边距对植筋连接抗拔强度有显著影响,胶层厚度对植筋抗拔强度有极显著影响,长径比是影响植筋连接抗拔强度的重要因子;植筋连接抗拔强度随长径比的增大而增大,当长径比达到一定值时植筋抗拔强度取决于植筋杆的屈服强度;胶合木开裂、植筋杆拔出和植筋杆屈服是试验中的3种主要破坏模式.     

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.     

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。     

冷弯薄壁型钢-稻草板组合墙体抗剪性能研究

为研究冷弯薄壁型钢-纸面稻草板组合墙体力学性能,对4面冷弯薄壁型钢-纸面稻草板组合墙体试件进行了单调水平抗剪性能试验。分析了各试件破坏形态和破坏过程,得到组合墙体的屈服荷载、极限荷载及延性系数、抗侧移刚度等性能指标。研究结果表明:冷弯薄壁型钢与纸面稻草板通过自攻螺钉连接组合方式合理,组合效应良好;组合墙体经历弹性、弹塑性、破坏三个阶段,其主要破坏模式为边立柱底部局压屈曲,部分纸面稻草板在螺钉孔处被撕裂;组合墙体具有较大的抗剪承载力,延性系数和抗侧移刚度等指标表现良好;施加上部竖向荷载使组合墙体抗剪承载力降低,带有斜撑的组合墙体能够显著提高抗剪承载力。该组合墙体抗剪承载力和抗侧移刚度对于实际工程具有参考意义。     

焊钉连接件直径对钢-HSSFC界面受剪性能的影响

为研究大直径焊钉连接件在高强钢纤维混凝土(HSSFC)中的力学性能,制作了4组共12个焊钉连接件进行推出试验,得到了不同直径焊钉连接件在HSSFC中的破坏形态、抗剪承载力和极限滑移量,并对规范承载力公式进行了修正。结果表明:对于16和19 mm的小直径焊钉连接件,破坏形式以焊钉剪断为主;对于22和25mm的大直径焊钉连接件,破坏形式以焊缝破坏为主;与普通混凝土推出试件相比,采用HSSFC时,焊钉连接件的承载力有一定的提高;随着焊钉直径的增大,推出试件的抗剪刚度有较大的提高,极限滑移量则明显减小。对既有规范给定的焊钉连接件承载力计算公式进行了修正,修正后的公式与试验值吻合较好,与收集到的92个采用不同类型混凝土、不同强度等级(C60~C100)、不同焊钉直径(16~30 mm)的推出试件试验值均较为吻合,表明该修正公式适用范围较广,可作为钢-HSSFC大直径焊钉剪力键的设计参考。     

云杉胶合木钢板斜螺钉连接的剪切性能研究

为准确评价斜螺钉连接钢 木节点的剪切性能,探明其受力机理,以云杉胶合木、钢板和自攻螺钉作为研究材料,测试不同荷载方向与受力情况下斜螺钉连接节点的承载性能,将试验数据与国外规范中的计算模型进行对比,提高了侧边钢板 胶合木(钢 木)斜螺钉连接节点承载性能的预测能力。结果表明:自攻螺钉与剪切面之间的角度变化对其在钢 木节点承受剪 压复合应力的承载力影响不明显,当偏转为剪 拉复合应力时,节点承载力明显增大,并在30°~45°获得最大值;剪 压复合应力时,现行EC5公式计算剪 压节点的极限承载力非常不安全;EC5的刚度预测结果在剪 压复合应力区和垂直剪切面钉入时,与试验值吻合度很高,但对剪 拉区节点的滑移模量没有预测性;将Tomasi模型应用于斜螺钉连接钢 木节点滑移模量理论计算时,在45°~90°时与试验值吻合度极高。单颗自攻螺钉的抗拔刚度计算节点滑移模量的方法极为有效,具有较高的借鉴意义。     

钢筋混凝土组合梁的ANSYS有限元程序验证

钢－混凝土组合梁是指钢梁和混凝土板通过剪力连接件连接形成整体共同工作的受弯构件,具有良好的受力性能。当前组合梁采用部分剪力连接设计但是滑移效应更为突出。本文主要针对有限元分析中所使用到的单元类型、材料属性做了基本介绍。验证所选用的有限元模型能够较好地反映混凝土和钢材的非线性性质以及混凝土板与钢梁之间的滑移性能。通过算例分析结果表明,使用ANSYS程序对组合梁进行有限元分析的方法是可行的。     

胶合木拱桥静力性能全桥模型试验与数值分析研究

落叶松胶合木是我国自产加工的工程材,开展了一座落叶松胶合木人行拱桥的静力模型试验与有限元数值分析。模型比例1/3,模拟跨径38.07 m的实际木结构拱桥。模型拱肋、横撑、拱上框架及桥面板等主要构件均采用落叶松胶合木及钢板螺栓连接,连接件与支座采用Q235钢。对制作模型桥木材,进行了顺纹拉、压试验和抗弯弹性模量与泊松比试验。考虑结构配重、人群荷载及拱肋控制截面最不利受力,分9个工况加载,测试拱肋的应变与位移。采用有限元软件,针对木拱桥模型,建立有限元模型进行数值分析。试验与分析结果表明,落叶松胶合木拱桥的强度与刚度满足我国木结构设计规范要求,证明了落叶松胶合木可以用于实际工程。     

基于SAP2000分析的预应力胶合木连续梁调控效果

为了充分利用胶合木的抗压强度,常在梁中施加预应力,但受反拱幅度等影响,施加预应力需控制在合理范围内。通过SAP2000有限元程序建立分析模型,与试验结果对比验证其可行性后,对8种调控幅度的梁进行分析,得到荷载-挠度曲线、梁截面应力云图、极限承载力及合理调控范围。结果表明,调控幅度为极限荷载的18%～48%时,极限荷载增大3.65%～58.1%,胶合木连续梁的承载力基本呈线性增加;调控幅度为54%时,梁因破坏形态发生改变承载力开始下降。预应力胶合木连续梁的合理调控范围为极限荷载的24%～42%。     

BFRP筋增强胶合木梁受力性能分析

为有效提高胶合木梁的抗弯刚度,以东北落叶松为基材,制作了6组(1组未加筋和5组加筋)、每组3根共18根胶合木试验梁,分别对BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的受力性能、破坏形态和极限承载力进行了试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,根据各试验梁的破坏形态,对比分析了BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏机理及不同配筋率情况下BFRP筋增强胶合木梁的抗弯刚度与极限承载力。结果表明:1)BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏形态类似,均呈现受拉脆性破坏、受拉延性破坏和受压延性破坏三种破坏形态;即配筋率小于0.77%时,BFRP筋增强胶合木梁为受拉脆性破坏,配筋率为0.77%～1.51%时,为受拉延性破坏,配筋率大于1.51%时,为受压延性破坏;且前二者破坏均有明显的裂缝发生、发展过程。2)BFRP筋不仅明显改善了胶合木梁的延性性能,还延缓了胶合木梁的受拉脆性破坏时间,大大提高胶合木梁的抗弯刚度,从而充分发挥梁顶受压区胶合木的强度,同时使胶合木梁的承载能力也得到提高。3)当配筋率增大到超筋后,其承载能力不再继续增大。     

锈蚀诱导处理下竹钉和钢钉的抗剪性能

以钢钉、普通竹钉和压缩竹钉连接SPF(云杉-松木-冷杉类)规格材试件,用质量分数为5%的盐水对试件作锈蚀诱导处理,进行短梁剪切和抗剪试验,探讨锈蚀诱导处理对钉抗剪性能的影响。结果表明,竹钉和木材连接部位呈犬牙交错状,能有效约束木构件,维持其抗剪性能;锈蚀诱导处理对钉连接的水平剪切承载力和极限抗弯承载力的影响不显著,不同钉连接的水平剪切承载力和极限抗弯承载力无显著差异,水平剪切承载力范围为6.08~6.90 k N,极限抗弯承载力范围为6.19~7.01 k N;锈蚀诱导处理使钢钉剪切破坏提前,而对竹钉的极限荷载影响并不显著;锈蚀诱导处理使普通竹钉的极限荷载对应位移显著增大,而对钢钉和压缩竹钉影响不显著。     

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%。     

组坯方式对正交胶合木双向板弯曲性能的影响

【目的】近年来，随着国家在节能减排方面的要求提高，以及大力倡导使用新型绿色材料，木材作为一种传统绿色环保的建材逐渐受到人们的青睐。正交胶合木（CLT）板是近年来兴起的一种建造现代木结构建筑的新型构件，具有良好的整体性、稳定性以及较高的强度。为了研究组坯方式对正交胶合木（CLT）双向板的弯曲性能，本研究采用2种组坯方式（三层交叉和四层交叉）制作了2组厚度相同的胶合木双向板试件，研究其静力弯曲性能。【方法】用于制作试件的原材料为兴安落叶松板材与聚氨酯结构胶粘剂，制作2组、每组2个共4个正交胶合木双向板试件，通过千斤顶在板的跨中施加单点集中荷载，同时测试和分析应变、挠度和极限荷载等数据，观察裂缝开展及破坏形态，研究胶合木双向板的弯曲性能，探讨其最终破坏特征和破坏机理；运用正交各向异性弹性薄板理论对CLT双向板进行了挠度分析，并与试验结果进行了比较。【结果】正交胶合木（CLT）双向板的破坏形态主要是板底横纹受拉破坏，当加载至极限荷载80%左右时，承载能力快速下降。对于相同厚度的CLT板，四层组坯与三层组坯相比，受弯承载力提高了22.7%。【结论】对两组胶合木双向板构件的结构力学性能（平均值）进行比较，三层正交胶合木双向板与四层正交胶合木双向板相比，厚度相同的双向板在四边简支的情况下增加板的胶合层数能提高双向板的整体承载能力。正交各向异性弹性薄板理论计算正交胶合木双向板弹性阶段的挠度值与试验值吻合较好，表明提出的方法合理、可靠。     

胶合竹植筋节点抗拔性能影响因素

胶合竹家具,如落地衣架和落地灯,存在着主杆节点的强度不足和美观度不佳等问题。植筋连接技术被广泛认为可以显著提升竹木构件节点的抗拔性能,而且由于其内置的特性,不会影响外形美观。尽管胶合竹植筋连接技术在建筑领域的方形梁柱节点中得到了广泛应用,但本研究旨在将这一技术应用于产品领域的胶合竹家具圆杆节点。在改变胶合竹植筋节点的形状后,需要通过试验分析来确定各项合理化设计参数,以提升节点的抗拔性能。选取胶合竹植筋圆杆为研究对象,以植筋边距、胶层厚度、植筋长径比等因素为研究变量。采用拉-拉模式进行抗拔性能试验,记录试件破坏模式和节点极限荷载。在试验过程中,出现胶合竹劈裂破坏、植筋拔出破坏和植筋屈服破坏3种破坏模式。研究结果表明：为防止胶合竹劈裂破坏,胶合竹与植筋直径之比应不小于8;节点极限荷载受胶层厚度影响显著,但胶层厚度不宜过大,当植筋直径为4 mm时,胶层厚度可设置为1.0～1.5 mm;节点极限荷载随着植筋长径比增加而提高,对于直径为4和8 mm的植筋杆,屈服破坏的临界植筋长径比均可取为15。基于试验结果,本研究提出了胶合竹植筋节点极限荷载预测方程,计算值与试验值较为接近。     

典型直榫梁柱节点在现代木结构中的应用研究

基于Abaqus有限元分析,对不同榫长的实木榫卯连接梁柱节点和榫长为75 mm的不同层数的正交胶合木(CLT)榫卯连接梁柱节点进行数值模拟,分析其受力状态并提取荷载-位移曲线,与使用金属连接件连接的梁柱节点承载力进行对比,探究将榫卯连接应用在现代木结构中的理论依据。研究表明:竖向荷载作用下,榫长75 mm的榫卯连接梁柱节点承载能力处于M8和M10螺栓连接梁柱节点的理论承载力之间;当榫长增大时,节点的最大承载力逐渐提高,榫长150 mm的榫卯节点承载力已经略微超过M12螺栓连接时的理论承载强度,说明榫卯连接梁柱节点在承载能力上可以满足现代木结构建筑的使用要求。由于榫卯节点的承载力主要受到顺纹抗压强度的影响,因此相比于实木连接榫卯节点,CLT榫卯节点的承载力无显著提高。