轻型木桁架受力性能的有限元模拟

轻型木桁架是轻型木结构中重要的承重构件,为了研究其受力性能,考虑齿板连接的构造特点及非线性特性,建立了轻型木桁架的有限元模型。通过与其受力性能的试验结果对比,验证了模型的准确性;对不同荷载模式、不同高度、不同构造形式的轻型木桁架的分析表明,轻型木桁架有限元模型的模拟方法操作简便、精度较好,有助于轻型木桁架受力性能的模拟研究,并推动轻型木桁架的国产化。     

国产木桁架齿板连接件的研发

测试进口齿板与国产落叶松连接节点的拉伸性能,结果表明国产落叶松规格材完全可以替代美国南方松来制作齿板连接木桁架。提出3种国产齿板设计方案,使用国产镀锌钢板制作了国产齿板,并对国产齿板连接节点进行测试,指出国产齿板达到了批量生产的要求,改进方案可以提高齿板连接的性能,但国产齿板需要在加工工艺上进行调整,才能用于实际木桁架生产。     

国产落叶松平行弦轻型木桁架静力承载性能

【目的】研究国产落叶松轻型木桁架的静力承载性能,为轻型木结构建筑的本土化发展提供科学依据。【方法】以国产日本落叶松和国产齿板为试验材料,设计制作2种工况共6榀跨度为4.8 m的平行弦轻型木桁架。通过静力承载试验,研究轻型木桁架的极限荷载、受力分布和破坏形式,并通过建立有限元模型与试验结果进行对比分析。【结果】P和L型轻型木桁架的极限荷载平均值分别为22.45和22.94 k N,是设计荷载的2.27和2.32倍,变异系数分别为7.9%和7.1%。P型轻型木桁架最终破坏为脆性破坏,主要破坏点为桁架三分点处(即集中荷载施加处)和两端斜腹杆连接节点;L型轻型木桁架在2倍设计荷载之后逐渐出现平面外变形,当侧向变形较大时失去承载能力。通过SAP 2000有限元模拟发现,节点挠度与试验结果基本相符,挠度最大值为跨中位置,并向两端逐渐减小;弯矩最大值和轴力最大值在桁架弦杆的三分点处和两端斜腹杆节点,与试验结果相符。【结论】2种轻型木桁架在设计荷载下承载性能均较好,但由于木材非均质特性及加工差异表现出一定的离散程度;较P型轻型木桁架而言,L型轻型木桁架承载能力略高,但其面外刚度较小易发生侧向变形,在实际应用中应采取措施减小侧向变形,而P型轻型木桁架面外刚度较大相对稳定,更利于实际应用;分析认为平行弦轻型木桁架的薄弱环节在端部节点和集中荷载施加处,SAP 2000有限元模拟可以有效预测轻型木桁架在实际应用中的受力和变形情况。     

多榀木桁架的研究现状与发展趋势

轻型木桁架由于其优异的性能在现代木结构建筑屋盖与楼盖系统以及城市的"平改坡"工程中得到广泛的应用。而在轻型木桁架类别中,除普通单榀木桁架外,还包括多榀木桁架,这种多榀木桁架是由多片单榀木桁架通过连接件组合而成。多榀木桁架一般用于屋盖或楼盖系统中的关键部位,其除受到上部均布荷载外,还受到其他与其搭接的普通桁架传递的集中荷载,其受力环境较普通桁架更为复杂。这种通过多个单榀木桁架组合而成的多榀木桁架也成为现代木结构屋盖、楼盖关键承力节点处最常用的结构形式,有着广泛的应用前景。笔者结合多榀木桁架的连接节点性能、轻型木桁架的承载性能及破坏机理、加载制度和模型模拟等方面的国内外研究进展,总结了该领域的研究热点,并对多榀木桁架今后的发展尤其是多榀木桁架榀与榀之间的连接方式提出了看法。     

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.     

杆件摆放方式对平行弦木桁架承载力的影响

通过对两种摆放方式(规格材立置和平置)的平行弦木桁架进行静载试验,测试其上下弦各节点挠度,分析杆件摆放方式对木桁架刚度、承载能力和破坏模式等力学性能的影响。结果表明,规格材杆件立置的平行弦木桁架具有较高的刚度和极限承载力,破坏以杆件劈裂为主;而杆件平置的木桁架破坏主要发生在齿板连接的节点处。木桁架弦杆接长对其承载能力影响显著,此处安全性能要求更高,必要时应对对接节点处进行加强处理。     

木桁架齿板连接性能及影响因子研究现状

齿板连接性能的研究,时木桁架及整个轻型框架的木结构设计及性能优化具有重要意义.从齿板连接的前期基础、静态测试、动态测试、破坏模式及连接性能影响因子等方面,详细阐述了国内外齿板连接性能的研究现状,以期为国内齿板连接性能的研究提供借鉴.     

我国平行弦木桁架研究现状

木桁架承载性能优良、节约用材、经济性好、加工施工快捷,是现代木结构的主要构件之一。以轻型平行弦木桁架为研究对象,从结构材、节点与连接、承载性能、计算理论及技术规范等方面,对我国平行弦木桁架的研究现状进行了分析梳理,并对平行弦木桁架今后的研究趋势进行了展望。     

三种国产齿板的节点拉伸性能分析

为完善国内轻型木结构体系,开发推广国产齿板的应用,对三种国产齿板连接节点的极限承载力、单齿承载力、临界滑移刚度、破坏形式以及拉伸过程应变进行了研究。结果表明:国产齿板的延性优于进口齿板,且国产齿刻痕齿板的单齿承载力高于进口齿板;板齿刻痕及边缘齿加长,可提高齿板节点的连接性能。     

日本落叶松规格材齿板节点承载性能

【目的】研究国产规格材与国产齿板连接节点的拉伸及抗剪承载性能,为国产建筑材料的开发利用提供参考。【方法】以采自辽宁清原大孤家林场的日本落叶松规格材及市购国产齿板为试验材料,设计制作4种工况下的板齿极限强度试件及10种工况下的齿板抗剪强度试件,通过拉伸和剪切试验,研究不同工况下日本落叶松齿板连接节点的板齿极限强度和齿板抗剪强度,并与进口齿板和进口SPF规格材进行对比。【结果】日本落叶松与国产齿板连接节点的板齿极限强度在AA、AE、EA和EE 4种工况下分别为3.50、2.53、2.61和2.37 N·mm-2,通过比较日本落叶松与国产齿板、进口齿板2组结果,除EA工况下进口M20齿板强度略低外,在AA、AE和EE 3种工况下分别高于国产齿板10.57%、21.34%和9.28%,对比进口M20齿板与日本落叶松、进口SPF 2组结果,在AA、AE、EA和EE 4种工况下与日本落叶松的组合分别高于与进口SPF的组合36.27%、50.49%、30.00%及40.00%;齿板抗剪强度在θ=0°、θ=90°、θ=30°T、θ=60°T、θ=120°T、θ=150°T、θ=30°C、θ=60°C、θ=120°C和θ=150°C 10种工况下分别为132.39、122.73、135.66、199.13、92.26、172.76、99.81、89.52、79.10和85.68N·mm-1,除剪-拉复合受力情况下θ=120°时国产齿板和日本落叶松组合的齿板受剪极限强度较小外,其他工况均大于进口齿板与进口SPF的节点组合。【结论】板齿极限强度试验在4种工况下的破坏方式均为齿拔出破坏,齿板抗剪强度试验主要破坏方式为木材接缝处开裂、齿板端部齿拔出和齿板在木材接缝处翘曲等;荷载方向对齿板连接节点承载力影响较大;国产齿板和国产日本落叶松的齿板连接性能较好,且优于常见进口齿板和进口SPF的节点组合,可进一步研究国产齿板和国产日本落叶松制成轻型木桁架的承载性能,为完善我国木结构建筑体系提供科学依据。