榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将"正交胶合木"概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点"预增强"方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%～36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。     

传统木结构穿销式榫卯节点抗震性能分析

为研究不同穿销类型榫卯节点的抗震性能,考察了榫高、榫厚、柱径对节点力学性能的影响,采用有限元软件建模对榫卯节点进行拟静力分析,得到3类试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力等抗震指标。结果表明：3类穿销榫卯的滞回曲线均呈现明显的Z型,捏缩效应较明显,3类试件的承载力相差不大;榫高、榫厚、柱径对榫卯节点的承载能力有显著影响,节点承载能力随榫厚、柱径增大而增大,随榫高的增大先增大后减小;根据穿销榫卯的骨架曲线建立了节点的弯矩-转角双折线模型,探讨了榫高、榫厚、柱径对模型参数的影响。在木结构设计中,应综合考虑榫卯尺寸变化对节点力学性能的影响。     

燕尾榫梁柱节点有限元分析及弯矩-转角关系研究

为研究传统榫卯连接方式应用于现代木结构的可行性,设计包含榫头、卯口、塞木和木楔片的燕尾榫梁柱节点,利用ABAQUS软件分析杉木燕尾榫梁柱节点的破坏模式、应力发展和弯矩-转角关系。通过分析梁柱节点受力机理,建立榫头四个挤压区域的几何、物理和平衡关系,推导初始刚度和极限弯矩的表达式,提出基于幂函数模型的燕尾榫梁柱节点弯矩-转角关系公式。验算结果表明,该公式计算的节点初始刚度、极限弯矩,与有限元分析结果仅相差6.46%、2.09%,可用于预测燕尾榫梁柱节点的极限承载力。     

斜螺钉连接胶合木梁柱节点抗侧性能研究

设计了一种适用于装配式胶合木建筑的新型梁柱斜螺钉连接节点。采用全螺纹自攻螺钉将金属钢板和梁、柱分别连接,通过高强度螺栓完成梁和柱的基础连接。试验表明:3组斜螺钉连接胶合木梁柱节点低周反复试验得到的弯矩-转角滞回曲线,在拉向和压向加载循环中基本对称,呈"反S形",转角较大时,表现出一定的"捏缩"现象,随着循环次数的增加,骨架曲线的斜率逐渐减小,出现了刚度退化,表明节点在反复荷载作用下因累积吸收的能量而产生损伤;全螺纹自攻螺钉可以有效地将胶合木梁柱节点处的荷载传递到胶合柱的内部,具有较强的抗侧承载性能;节点在变形角1/100循环前,耗能能力处于较低水平,随着转角的增大,耗能能力明显增强,直至最后循环,节点仍保持较强的耗能能力。     

分层装配式木框架梁柱结点单调加载试验

研究了一种可以分层吊装建造的木框架梁柱结点,可实现木框架结构建筑的分层装配。为测试这种新型木结构梁柱结点的受力性能,对结点进行了单调加载试验,对比结点在不同梁截面高度下的破坏特征、荷载-位移曲线和弯矩-转角曲线。试验结果表明:这种分层装配式木框架梁柱结点破坏特征基本符合刚性结点连接特性;在梁端受竖向荷载作用下的破坏形态主要表现为木梁沿木材顺纹方向开裂,上柱与下柱在连接处产生水平错动,连接木梁的螺栓弯曲变形,木梁端部与木柱连接处出现转动变形,且随着木梁截面高度的减小,转角增大;增大梁的截面高度,可提高结点的承载力及刚度。     

螺栓排列对内填钢板胶合木梁柱和梁式节点力学性能的影响

为研究螺栓排列方式对内填钢板胶合木节点力学性能的影响,对螺栓齐列、错列的胶合木梁柱节点及梁式节点进行单调加载试验。探讨节点失效模式及破坏机理,获得该类节点的弯矩-转角及荷载-位移曲线,并对节点的刚度、延性、承载能力进行分析。试验结果表明,除加载初期,螺栓与螺孔之间因初始空隙发生接触的低刚度段外,节点受力过程大致可分为弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。螺栓错列可以提高梁柱节点及梁式节点的受弯、抗拉承载力和极限变形：其屈服弯矩和抗拉屈服荷载相较于螺栓齐列梁柱节点及梁式节点,分别提高了35%和7.1%。螺栓错列梁柱节点在塑性阶段变形较小,其延性系数约为螺栓齐列梁柱节点的71%;螺栓错列梁式节点的塑性变形较大,延性较好,抗拉延性系数为螺栓齐列梁式节点的2.79倍。     

木结构直透榫节点加固试验及有限元分析北大核心

为研究钢板阻尼器加固木结构直透榫节点的抗震性能,对加固前后的试件开展拟静力试验及数值模拟。结果表明:采用钢板阻尼器加固节点后,试件节点处应力明显降低,主要应力集中在钢板核心处,滞回曲线的捏缩效应明显降低,榫卯节点的承载力和刚度都得到有效提升;试验结果与模拟结果较为吻合。     

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。     

负弯矩作用下钢-CLT组合梁-钢柱组合节点转动性能有限元模拟

钢-CLT组合梁-钢柱（SCLTC）组合节点是钢框架-CLT楼板组合结构中的关键部件。基于ABAQUS对负弯矩作用下SCLTC组合节点的转动性能进行模拟研究并进行参数化分析。结果表明：CLT板的宽度、厚度及楼板拼接构造对SCLTC组合节点转动性能影响较大。此外,对敏感参数进行了数值拟合,借鉴已有组合节点弯矩-转角三参数模型,拟合得到SCLTC组合节点的弯矩-转角模型参数的特征值,并建议性地确定了弯矩-转角模型形状系数。本研究将为后期钢框架-CLT楼板组合结构体系的试验和应用提供理论指导。     

闽浙木拱廊桥榫卯节点受力性能研究

为研究闽浙木拱廊桥榫卯节点受力性能，本研究建立了廊桥节点有限元模型，并验证了建模方法合理性。研究对直榫节点与燕尾榫节点进行分析，考察了榫头长度、节点连接角度和苗杆直径对节点受力性能的影响。结果表明：随着连接角度、苗杆直径的增大，直榫节点的极限承载力变大，直榫节点的极限承载力随着榫长增加先增大后减小。榫长与苗杆直径的增大可提高直榫节点的初始转动刚度，其中榫长对直榫节点受力性能的影响最为显著。榫长、节点连接角度和苗杆直径增加均能提高燕尾榫节点的初始转动刚度和极限承载力。     

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。     

斜拉桥极限承载力计算的双组合单元法

提出计算斜拉桥结构极限承载力的双组合单元法,即在斜拉桥有限元模型的相邻单元间增设一个节点,以该节点和原节点为单元节点平行建立两个零长度的非线性组合单元,其中一个单元用于模拟塑性铰的形成,另一个单元其弹性系数较低,但是界限滑动弯矩很大,以保证结构失效后计算的稳定性,由此实现对斜拉桥极限承载力状态大位移效应下结构位形的有效跟踪。运用该方法,在确定合理成桥模型基础上计算了一个辐射型斜拉桥的极限承载力,计算结果表明：该方法在考虑和不考虑梁柱效应情况下都可以有效追踪结构的失效路径,描述整体刚度退化的过程,确定结构的极限承载力,为复杂结构的极限承载力的计算提供新的途径。     

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。     

斜螺钉2种角度不同组合形式对钢板-正交胶合木剪切性能的影响

【目的】制作一种采用自攻螺钉连接的钢板-正交胶合木节点，探究螺钉不同钉入角度不同组合形式对节点力学性能的影响，并依据现有的理论计算模型与试验值比较对计算模型进行优化，为新型连接件的开发和应用提供理论模型和参考。【方法】参考美国标准（ASTM D1761-12）以1 mm·min^-1的速度匀速加载，对夹角为45°和90°2种自攻螺钉钉入角度进行6种不同组合形式的抗剪试验，记录分析受剪切节点的破坏形态并对比各组试件的荷载-位移曲线、承载力、刚度和能量耗散。【结果】试件主要破坏模式包括2颗钉同时被剪断、钉未被剪断但产生塑性铰和钉未被剪断但同时被拔出。6组试件均出现一侧钉被剪断的破坏模式，组J-Cross45°T和S-Double45°T出现钉未被剪断而被拔出、组S-45°T-45°C出现钉未被剪断而产生塑性铰的破坏模式。组J-Cross45°T、J-Double45°T、S-Double45°T的承载力和刚度均远高于组S-45°T-45°C、S-90°-45°C、S-90°-45°T,组S-90°-45°C的能量耗散和承载力对应位移最大。【结论】对于承载力、刚度、能量耗...     

重组竹横纹局部受压承载力试验研究

为了解不同工况下重组竹横纹局部受压的力学性能,对5组不同工况下的重组竹试件进行了横纹局压试验,采用0.5 mm/min的速度加载至试件破坏,得到试件的破坏特征、极限承载力和每组试件的荷载-位移曲线。试验结果表明,重组竹横纹局压极限承载力比较稳定,其变异系数均小于0.1;不同工况对试件的极限承载力和破坏形态有明显影响,承压区周围的围压面越多,其承载力越大。结合已有的木材横纹局压承载力计算方法和试验结果,考虑到重组竹本身硬度较大的特性,将重组竹顺纹和横纹方向的应力扩散长度均取为20 mm,得到了重组竹横纹局压的承载力计算公式,其计算结果均小于每组试件极限承载力的平均值,表明本研究得到的计算公式具有较高可行性。     

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.     

齿板尺寸对齿板节点拉伸性能的影响

依据GB50005-2003《木结构设计规范》,测定不同尺寸的进口齿板对接合节点的影响。结果表明:齿板长度对接合节点的破坏形式、极限承载力和刚度影响显著;齿板宽度对破坏形式的影响不显著,对极限承载力和刚度影响显著;板齿压入长度与节点刚度的相关性不大。     

FRP-钢复合管混凝土轴压短柱试验及应用研究

进行4个不同纤维类型和层数的圆形FRP-钢复合管混凝土短柱和1个对比短柱的轴压试验研究。试验研究结果表明：FRP-钢复合管混凝土的破坏过程基本都从试件中部开始发生FRP断裂，FRP逐渐丧失对钢管的约束力，在FRP断裂后构件保持一定的残余承载力，随着FRP的层数增加，极限荷载随之增加，在相同FRP层数的情况下，CFRP-钢复合管试件和BFRP-钢复合管试件对比，CFRP-钢复合管试件的混凝土峰值荷载较大，后者的延性提高效果明显，同时介绍FRP-钢复合管混凝土桥墩在试点工程中的应用情况。     

两种落叶松规格材齿板节点拉伸性能研究

为探究国产规格材在齿板连接性能方面存在的优劣势,完善国产结构材体系。笔者对两种国产规格材齿板连接节点的板齿极限承载力、临界刚度、破坏形式进行了研究。结果表明:不同种类木材顺纹抗拉强度差异性显著,两种国产落叶松齿板节点板齿极限承载力、临界滑移刚度、峰值区域面积均高于北美云杉。     

两种落叶松规格材齿板节点拉伸性能研究北大核心

为探究国产规格材在齿板连接性能方面存在的优劣势,完善国产结构材体系。笔者对两种国产规格材齿板连接节点的板齿极限承载力、临界刚度、破坏形式进行了研究。结果表明:不同种类木材顺纹抗拉强度差异性显著,两种国产落叶松齿板节点板齿极限承载力、临界滑移刚度、峰值区域面积均高于北美云杉。