现代竹结构中重组竹销的槽承压强度

选取试样尺寸、螺栓直径等因素对重组竹销槽承压强度进行分析,评价NDS/LRFD和Eurocode 5中销槽承压设计公式对重组竹销槽承压强度预测的适用性,分析2个加载方向试样的破坏形态.结果表明:试样尺寸在满足设计最小值的前提下,对销槽承压性能无显著影响,销槽承压强度值在104.40 ～ 169.77MPa范围内波动;2个加载方向的销槽承压强度从数值上看,随螺栓直径的增大呈下降的趋势;NDS/LRFD和Eurocode 5对重组竹销槽承压强度的预测值偏小;加载方向的不同对试样的破坏形式影响较大.     

落叶松顺纹销槽承压屈服强度研究

销槽承压屈服强度是销连接节点承载性能的重要参数,对于确定节点承载性能及其可靠度的计算具有关键意义。采用公称直径5.5 mm的钻尾自攻螺钉和直径分别为6,8,10 mm的螺栓,对4组60个落叶松销槽承压试件进行单调加载试验,通过5%直径偏移法确定其销槽承压屈服强度,比较销槽承压屈服强度与销栓类型和直径的关系。根据试验结果,评价文献和各标准中的理论方程对落叶松销槽承压屈服强度预测的可行性,从而为木结构销连接承载力的计算、设计提供参考。试验结果表明:销槽承压试件的破坏发生在槽孔受压区域,竖向顺纹裂缝部分出现在槽孔下方,部分出现在槽孔边缘,试件破坏时表现出明显的脆性特征。钻尾自攻螺钉承压试件的承压屈服强度远小于螺栓试件,随着螺栓直径的增大,最大荷载也随之增大,承压屈服强度随着螺栓直径的增大呈减小趋势,至直径8 mm时其承压屈服强度趋于稳定。通过对相关文献和各标准与试验结果进行比较,对欧洲木结构设计规范EC5中销槽承压屈服强度的计算模型进行了修正,修正后的公式对落叶松顺纹销槽承压屈服强度的预测能力更强。     

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。     

正交胶合木销槽承压性能研究进展北大核心

对正交胶合木(CLT)销槽承压性能研究进行了系统回顾。归纳总结了木材销槽承压性能测试标准,分析比较了不同测试方法的优缺点,梳理了销槽承压性能影响因子,并对现有CLT销槽承压性能计算公式进行整理。研究表明:CLT销槽承压性能与木材销槽承压性能有较大区别,除木材销槽承压的影响因素外,层板材料和组坯结构、销类连接件打入和加载方向、横向层厚度占比等对CLT销槽承压性能也有很大影响。建议针对主要因素进行深入研究,建立统一的CLT销槽承压性能理论预测公式,并对采用国内材种研发的CLT销槽承压性能展开系统研究。     

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。     

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...     

日本落叶松胶合木销槽承压强度的影响因素分析

参照美国标准ASTM D 5764-97a(2007),探讨测试方法、层板等级、钢销直径和加载方向对日本落叶松(Larix kaempferi)胶合木销槽承压强度的影响。单因素方差分析结果表明,影响日本落叶松胶合木销槽承压屈服强度的因素依次为:层板等级钢销直径加载方向,测试方法对承压性能的影响不显著。     

木结构螺栓连接设计中销槽承压强度值的确定方法

木材销槽承压强度是木结构螺栓连接节点设计的一个重要参数。结合国内外主要国家木材销槽承压强度的测定方法和模拟计算公式,将模拟计算结果与试验结果进行比较,分析表明螺栓直径5%偏移法作为木材销槽承压强度的判定方法较为合理,且兴安落叶松的5%偏移法试验测定结果与美国木结构设计规范NDS规定模拟值误差在-2.02%~10.44%之间。设计人员可在未经过试验测定兴安落叶松销槽承压强度时,对模拟计算得到的销槽承压强度值乘以折减系数0.91作为设计参考值。     

圆钢钉和自攻螺钉钉入角度对规格材握钉力性能的影响

【目的】基于规格材上不同角度钉入圆钢钉和自攻螺钉的握钉力性能测试,研究不同钉入角度、木材密度和木材径、弦向对握钉力性能的影响,为木结构钉连接设计提供更完善的科学依据。【方法】以落叶松和白云杉规格材为研究对象,参考握钉力性能试验国家标准,选取国产直径2. 5 mm的圆钢钉和直径4. 0 mm的自攻螺钉,长度均为50 mm,在满足国标最小钉边距、端距和间距的要求下,与木纤维分别成90°(横纹)、60°、45°和0°(顺纹)钉入规格材,在自主设计的多角度握钉力试验夹持装置上以3 mm·min-1恒定速度拔出并得到破坏荷载,比较分析不同条件下的握钉力。【结果】1)随着钉入角度减小,钉拔出时的荷载-位移曲线峰愈加尖锐,自攻螺钉握钉力大于白圆钢钉,密度较大的落叶松的握钉力大于白云杉,且对自攻螺钉的握钉力刚度明显大于白云杉,但相同角度条件下拔出时的荷载-位移曲线特征基本相似; 2) 90°钉入时圆钢钉和自攻螺钉的握钉力均大于0°,但从90°到0°圆钢钉的握钉力先增大后减小,而自攻螺钉则相反; 3)白云杉径面自攻螺钉的握钉力大于弦面,其圆钢钉的握钉力没有规律,落叶松径面圆钢钉的握钉力小于弦面,其自攻螺钉的握钉力没有规律。【结论】钉与木纤维之间的角度对规格材握钉力具有显著影响,随着角度减小,规格材对自攻螺钉的握钉力先降低后增大,而对圆钢钉的握钉力则相反。规格材径面和弦面的握钉力没有确定关系,在木结构握钉力设计值计算时无需考虑年轮角度参数。欧洲木结构设计规范(BS EN 1995-1-1:2004)推荐的计算公式为螺钉握钉力随着钉入角度减小而减小,测试结果证明该公式在0°时握钉力估算过于保守。端面钉入的自攻螺钉被拔出时,荷载-位移曲线和破坏特征均表明其为明显的脆性破坏,在实际工程中木构件端面上使用自攻螺钉连接需要有效的增强措施和强度验算。     

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。     

速生松木家具几种节点接合方式的强度比较研究

以南方速生脱脂马尾松松木为基材,以"L"型和"T"型构件为基本构件形式,采用力学实验方法 ,对理想使用状态——即在外力垂直荷载匀速加载的作用下使构件节点发生破坏或变形,测试构件节点破坏强度值及其破坏或变形形式。实验针对8种不同框架节点接合方式(贯通直角单榫接合、不贯通直角暗榫接合、双圆榫接合、倒刺螺母连接件接合、双圆榫与倒刺螺母共同接合、三件式偏心连接件接合,以及45°双圆榫斜角接合和45°不贯通榫斜角接合)的接合强度进行测定。实验结果表明:(1)对于直角连接构件,采用贯通直角单榫接合时的节点接合强度最大;双圆榫与倒刺螺母共同连接的节点接合强度次之;然后强度值从高到低依次为双圆榫接合、倒刺螺母螺杆连接件接合、不贯通直角单榫接合,接合强度最小的是偏心连接件接合;(2)对于45°斜角连接构件,采用45°不贯通榫斜角接合的节点强度大于45°双圆榫斜角接合的节点强度;(3)在相同条件下,"T"型实木构件的节点接合强度总体上大于"L"型实木构件的节点接合强度。研究表明:节点处的基本构件形式("L"型或"T"型)、角部构件的连接形式(直角构件或斜角构件),以及节点的接合方式等都不同程度地影响着马尾松松木家具框架节点的接合强度。     

碳纤维增强聚合物 重组竹复合材的弯曲力学性能

重组竹已广泛应用于室内高档装饰、园林景观、室外防腐地板等领域,但重组竹的弹性模量比较小,为钢材的1/7~1/5,应用于建筑领域时难以充分发挥其自身高强度的特性。针对重组竹刚度较小的问题,提出一种重组竹板和碳纤维增强聚合物(CFRP)厚板嵌合粘接的新型重组竹复合材料,采用三点弯曲试验和有限元仿真方法,对CFRP 重组竹复合试件的失效模式、荷载 位移关系、应变曲线、胶层界面剥离影响等进行了研究。结果表明:重组竹试件失效模式是跨中位置处拉伸区域竹纤维断裂,且出现若干水平分层破坏,CFRP 重组竹复合试件的失效模式是CFRP与重组竹层间胶层出现大面积剥离;CFRP 重组竹复合试件的变形过程分为线弹性阶段和界面破坏阶段;CFRP可以明显提高重组竹梁的弹性模量和静曲强度,复合试件弹性模量是重组竹试件的2.33~2.94倍,静曲强度是重组竹试件的1.49~1.58倍;胶层界面剥离是CFRP 重组竹复合试件失效的重要因素,胶层界面剥离对复合试件的应变分布和挠度都有较大影响,完全剥离后试件的挠度是未剥离时的3.09倍。     

胶合木-钢夹板螺栓连接滞回性能试验

【目的】为探明胶合木-钢夹板螺栓连接的动力性能和抗震性能,确保连接件在车辆、机械振动等动力荷载下的可靠性。【方法】针对胶合木-钢夹板螺栓连接的构造特点,考虑胶合木厚度和螺栓直径之比(厚径比)、螺栓顺纹间距、螺栓并列和错列布置方式等参数的影响,设计制作了4类13组共39个胶合木-钢夹板螺栓连接件,在低周反复荷载作用下进行滞回性能试验。【结果】试验结果表明:在单螺栓连接中,连接部位的破坏模式逐渐由"螺栓刚直"向"双铰"转化,胶合木销槽破坏模式逐渐由销槽整体承压破坏向两端部挤压破坏转变,试件滞回曲线基本都呈现饱满的弓形和棱形,具有良好的耗能能力和抗震性能,但其承载能力较低。在多螺栓连接中,螺栓和胶合木的破坏模式分别以"双铰"破坏和销槽端部挤压破坏为主,试件滞回曲线均呈现饱满棱形,该类试件在承载能力、抗震性能和耗能能力上均有大幅提升;随着螺栓顺纹间距的增大,试件的承载能力不断增大,但螺栓顺纹间距在200 mm时,极限荷载增幅趋于平缓,初始刚度增涨大幅放缓,且整体刚度退化与螺栓顺纹间距为250 mm时基本相同;螺栓并列布置滞回曲线饱满程度好于错列布置;螺栓双排布置承载能力比单排布置的承载能力更高,刚度退化更小。【结论】胶合木-钢夹板螺栓连接具有较好的耗能能力、抗震性能及延性性能;螺栓顺纹间距在200 mm时,抗震性能最佳;螺栓错列布置的抗震性能比并列要好,螺栓双排布置的抗震性能更优越。     

重组竹-钢夹板螺栓连接节点承载特性和破坏形态

【目的】研究重组竹-钢夹板单螺栓连接节点承载特性和破坏形态,为竹结构螺栓连接设计与应用提供参考和借鉴。【方法】采用正交设计方案,对重组竹-钢夹板单螺栓连接节点试样进行单轴压缩加载试验,利用方差分析和多重比较法分析螺栓直径、主构件厚度和端距对初始和屈服后刚度(K_1、K_2)、屈服和极限载荷(F_y、F_u)及延性率的影响规律。【结果】螺栓直径对初始和屈服后刚度(K_1、K_2)、屈服和极限载荷(F_y、F_u)及延性率具有显著影响,随螺栓直径增大,螺栓连接节点的初始和屈服后刚度(K_1、K_2)、屈服和极限载荷(F_y、F_u)显著增加,但延性率明显减小;主构件厚度对初始和屈服后刚度(K_1、K_2)、极限载荷(F_u)及延性率影响显著,但对屈服载荷(F_y)无显著影响;端距对屈服后刚度(K_2)、极限载荷(F_u)及延性率影响显著,但对初始刚度(K_1)和屈服载荷(F_y)无显著影响。钢夹板单螺栓连接重组竹的有效破坏主要以Ⅱ型和Ⅲ型2种破坏模式呈现,且当厚径比(L/D)处于3.75～6.00之间时,螺栓呈现"单铰"屈服模式;当厚径比(L/D)处于6.00～13.50之间时,螺栓呈现"双铰"屈服模式。【结论】重组竹-钢夹板螺栓连接节点承载性能和破坏形态受螺栓直径、主构件厚度和端距的共同影响,重组竹-钢夹板单螺栓连接节点的最小主构件厚度和最小端距可分别设置为90 mm和4d(d为螺栓直径),此时节点各承载性能趋于稳定且延性率达到最佳状态。当节点试样满足最小端距和主构件厚度要求时,螺栓屈服模式随厚径比(L/D)增大逐渐由"单铰"屈服转变为"双铰"屈服,节点最终破坏表现为主构件销槽承压和螺栓弯曲同时发生,此时主构件和螺栓均能充分发挥材料的力学性能,是较为合理的破坏模式。     

木结构销钉类紧固件连接试验方法简介

介绍了欧美木结构中确定销钉类紧固件连接性能的试验方法,主要包括木质材料抗拔握钉力试验、横向承载试验、抗拉穿性能试验和销槽承压强度试验,以推动我国木结构方面的相关研究。     

ESWood复合木材料物理力学性能试验研究

为了解ESWood复合木作为结构用材的物理力学性能,对其进行木材物理力学性能试验并对各项性能进行评价。结果表明:ESWood复合木密度为0.725 g/cm~3、含水率为18.5%,顺纹销槽承压强度30.73 MPa、横纹销槽承压强度18.29 MPa,试验结果准确指数均在5%以下。顺纹抗拉强度71.61 MPa、顺纹抗压强度53.05 MPa、横纹全部抗压强度7.91 MPa、横纹部分抗压强度12.29 MPa、横纹抗拉强度1.53 MPa,试验结果准确指数均在10%以下。通过与木结构设计规范中TB13等级材料设计强度对比,可知ESWood复合木的木材性能及连接性能良好。     

老化和饱水处理对重组竹抗压性能的影响

为探究老化、纤维饱水以及加载方向对重组竹抗压性能及应力-应变关系的影响,对气干、老化和纤维饱水3种状态的9组重组竹试件进行了顺纹、宽度和厚度方向的压缩试验,分析其破坏模式、弹性模量、屈服应力、极限应力和极限应变等力学性能,并在Ramberg-Osgood(R-O)模型中引入状态系数k以反馈重组竹在气干、老化、纤维饱水3种状态下压缩应力-应变关系的差异。结果表明：重组竹顺纹压缩试件包含Y形破坏和对角剪切破坏2种破坏模式,厚度和宽度方向压缩试件均表现为压溃破坏;老化和纤维饱水处理会加剧其破坏。重组竹在不同方向上的压缩力学性能存在明显差异,宽度方向的压缩弹性模量和屈服应力比厚度方向高,而极限应力和极限应变则低于后者;老化和纤维饱水处理会显著降低重组竹的压缩弹性模量、屈服应力和极限应力。改进的R-O模型能准确反映重组竹在不同加载方向、不同状态下的压缩应力-应变关系,可用于后续的重组竹结构数值模拟分析。     

木榫旋转焊接节点剪切试验研究与理论分析

为研究无胶层合木梁中旋转焊接木榫的抗剪性能,选用山毛榉木榫旋转焊接SPF(spruce-pine-fir)层板,制备20个单榫焊接节点试件开展双剪试验,获得其破坏模式及荷载-位移曲线.试件的破坏模式为木榫受剪出现类双铰破坏,同时开孔附近基材受木榫挤压破坏.试件的平均峰值位移为4.460 mm,平均峰值荷载为6.127 ...     

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。     

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。