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。     

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。     

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。     

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。     

兴安落叶松规格材齿板连接节点的拉伸性能

采用国产落叶松规格材及进口齿板连接件构造节点,依据国标对齿板接合节点的延性比、齿极限承载力、齿板极限受拉承载力及设计值进行评估。结果表明,采用Foschi公式对试验曲线进行拟合,结果良好;齿板节点的延性比随节点构造方式的不同而异,顺纹节点的延性比均大于2.0,明显高于横纹节点,符合抗震结构的要求。     

金属齿板与木材连接强度的研究

参照我国《木结构试验方法》国家标准(GB/T 50329-2002)和《木结构设计规范》国家标准(GB 50005-2003),研究不同方向的金属齿板钉入木材时的受剪极限承载力.试验结果表明,使用连接角度为0°的金属齿板连接方法时,受剪极限承载力较好.落叶松木材的受剪极限承载力高于SPF木材.     

国产齿板连接抗剪承载力的概率分布研究

根据可靠度理论确定轻型木结构齿板连接抗剪承载力设计指标时,需先确定其概率分布。选择轻型木结构连接普遍使用的一种国产齿板及北美二级SPF规格材,进行了五个角度的齿板连接抗剪承载力试验;并以两种分布拟合检验方法,结合残差平方和分析。结果显示,齿板连接抗剪承载力的概率分布为对数正态分布,通过参数估算和分布检验,最终确定均值与标准值的比值K及其变异系数,为后续可靠度分析和确定设计值提供依据。     

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.     

高温中木材顺纹弦面抗剪强度

【目的】研究高温中大截面承重木构件最外侧炭化层保护下内部受热区木材顺纹弦面抗剪强度及其劣化规律，为木结构抗火性能精细化设计和过火结构构件剩余承载力评估提供数据支撑。【方法】以木结构建筑常用进口兴安落叶松和花旗松以及强度等级较高、具有结构用材潜在应用价值的国产速生杨木3种木材为研究对象，采用环境试验箱内充满氮气的方法模拟绝氧环境，在20、50、70、110、150、200、220、250和280℃共9个温度水平下测试216个试件的顺纹抗剪强度，以及150、180和200℃下木材主要化学组分变化。【结果】木材顺纹抗剪强度随着温度升高而降低，常温时兴安落叶松、花旗松和杨木的顺纹抗剪强度分别为9.65、8.94和9.48 MPa,温度升至150℃时，分别降至初始值的60.7%、68.0%和65.6%,当温度高于150℃时，木材顺纹抗剪强度下降速度加快，280℃时兴安落叶松、花旗松和杨木的顺纹抗剪强度分别为1.05、0.91和0.61 MPa,仅为初始值的9.0%、10.2%和6.4%;木材主要化学组分中纤维素热稳定性最高，半纤维素热稳定性最低，常温时兴安落叶松、花旗松和杨木的半纤维素含量分别为...     

轻型木结构用秸秆定向板钉节点性能研究

以秸秆定向板(OSSB)代替常用的定向刨花板(OSB),研究其作为轻型木结构建筑覆面板的钉节点连接性能。结果表明:在覆面板与SPF(云杉-松-冷杉)的顺纹方向垂直,加载方向与覆面板长边平行的受力状态下,OSSB-SPF组合钉节点平均极限荷载比OSB-SPF组合提高了18%,所对应的平均位移下降了11%;当覆面板与SPF的顺纹方向平行,加载方向与覆面板长边平行的受力状态下,与OSB-SPF组合相比,OSSB-SPF组合的钉节点平均极限荷载提高了16%,所对应的平均位移下降了13.5%。在钉节点连接性能上OSSB可以代替OSB与SPF连接,能够成为轻型木结构墙体承重结构的一部分,是轻型木结构墙体外覆面板的良好选择。     

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。     

木节对齿板连接剪切延性统计特性的影响

通过对比试验研究木节对90°纯剪、30°剪拉和150°剪压3类双剪试件齿板连接延性比的影响。试件选用北美二级SPF规格材及国产齿板制作,并设置有木节试件与无木节试件进行对比,有木节试件规格材连接区域含木节面积为482~2 016 mm~2。以有木节试件与对应的无木节试件延性比的比值为指标,通过正态性检验、方差齐性检验和方差分析研究木节对3类试件延性比比值的影响,并进一步分析延性比比值与木节面积的关系。结果表明:1)3类试件延性比比值的方差和均值无统计学上的显著差异;2)在试验选取的木节面积482~2 016 mm~2内,延性比比值的均值为0.993 4,变异系数为0.133 5,木节对延性比均值总体上影响很小,但延性比比值的离散性较大;3)在实际工程中,可以容许规格材连接区域内有一定面积或一定尺寸的木节存在。对于3类剪切试件,当规格材连接区域内木节面积小于2 016 mm~2(折算直径51 mm)时,可以忽略木节对延性比均值的影响。     

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。     

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。     

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。     

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...     

日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接横纹承载性能

【目的】研究日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接在横纹荷载作用下的破坏机制和承载性能,为木结构梁、柱构件金属件连接时梁端销连接设计提供依据。【方法】在梁端部开槽钻孔后将单个钢销连接到内嵌钢填板,分别对日本柳杉锯材梁和胶合木梁进行横纹荷载作用下的弯曲剪切加载试验,按照日本通行数据分析方法确定销连接短期承载力标准值,并与5个不同国家标准规定的屈服荷载计算值进行比较。【结果】加载初期,荷载-位移曲线呈线性关系,构件处于线弹性阶段,随着位移增加曲线呈非线性,构件进入弹塑性阶段,当位移增加到一定数值,梁端出现初始脆性开裂,荷载瞬间急速减小,随后荷载又随位移增加再次上升,加载至极限状态时,梁构件产生劈裂破坏丧失承载力;最终的破坏形态为梁构件沿销孔水平剪切面开裂、销连接屈服模式Ⅲ型;通过足尺试验得到断面尺寸120 mm×240 mm锯材梁和胶合木梁的钢填板单个销连接短期承载力标准值取决于屈服荷载,分别为8.6和13.7 k N,初始开裂对应的荷载平均值分别为15.0和21.1 k N,屈服荷载平均值分别为14.50和15.00 k N,最大荷载平均值分别为27.0和30.8 k N。【结论】胶合木梁钢填板销连接的最大荷载和屈服荷载平均值均大于锯材梁,且变异系数明显小于锯材梁,含水率低而变异小,从而导致试验获得胶合木梁销连接的短期承载力标准值明显高于锯材梁,当销连接作为中小断面梁柱构件的主要连接方式时,宜选用强度等级确定、质量合格的胶合木作为木构件,比锯材具有更高的连接承载力。梁端销连接节点承载力与单个销连接承载力和销数量具有良好的相关性,可作为梁柱节点梁端销连接设计依据。销连接部位发生销屈服后木材开裂,初始开裂取决于木材抗剪强度、横纹抗拉强度和销所在的梁高部位以及销孔到梁端的距离,发生初始开裂后钢销仍能起到支撑作用,连接节点延性较好;锯材梁和胶合木梁短期承载力标准值与标准中规定的屈服荷载公式计算值吻合度较好。各国标准中关于脆性破坏计算公式均能较好预测销连接木材的脆性破坏,与试验值比较,日本标准对于劈裂破坏的计算值最为接近,欧洲和加拿大标准的计算结果更趋于保守,我国现行标准在销连接设计中尚未考虑木材的脆性破坏,今后应进一步研究完善销连接计算公式和参数,更好地保证木构件连接安全可靠度。     

紧固件数量对CLT钢木连接节点性能的影响

为探究紧固件数量对CLT节点力学性能的影响,分别对紧固件数量为6、9、12、15、18个的CLT钢木连接节点在平行于木纹方向和垂直于木纹方向进行剪力单调加载试验。结果表明:连接节点的破坏形式主要为环纹钉的弯剪破坏和弯曲变形;紧固件数量多于15个且垂直于木纹方向的连接节点在承受剪力荷载时还伴随层板的撕裂破坏。随着紧固件数量的增加,钢木节点的屈服强度、最大强度、极限强度及其对应的位移增大,节点延性比增大,耗能能力增强;在相同紧固件数量下平行于木纹方向节点的耗能能力优于垂直木纹方向节点的耗能能力。     

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。