榫卯连接正交胶合木墙体节点面外受力性能试验与有限元分析

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenliu2009
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正交胶合木是一种新型工程木质材料,常用作重型木结构中的承重构件,现广泛应用于中高层木结构建筑中。正交胶合木结构多设计为剪力墙体系,其中的连接节点为结构主要的地震能耗散部件。现有正交胶合木连接多采用金属连接件,虽然能够为结构提供一定的延性,但其力学性能限制了墙体性能表现的提升。榫卯结构是一种常用于传统木结构的节点构造形式,利用榫卯咬合的构造设计,不仅使得荷载能够在构件间有效传递,而且具有一定的抗震性能优势。基于现有国内外正交胶合木墙体节点研究现状,结合我国木结构建筑技术基础,本文提出了采用榫卯连接形式构造正交胶合木墙体节点的连接设想,并具体设计了两种榫卯连接节点,即银锭榫连接节点与燕尾榫连接节点。通过对试件进行单调和低周往复加载试验,验证了所设计节点的可行性,并在此基础上进一步探究了当墙体节点受到面外荷载作用时榫头宽度对节点力学性能表现的影响。通过节点力学性能特征值分析发现,在本试验设计工况下,银锭榫的宽度增加会导致节点力学性能先下降、后增加;对于燕尾榫连接节点,其力学性能随榫头宽度增加而增加。在节点抗震方面,银锭榫节点的抗震性能表现受到榫的初期转动和榫的宽度设计影响;燕尾榫宽度对节点抗震性能各项参数影响不同。综合节点构件整体表现,建议银锭榫连接件宽度与墙体厚度设计比例不应超过2/3;对燕尾榫连接设计,认为当榫头宽度与墙体比例为4/5时节点性能较优。在试验的基础上,本文应用ABAQUS有限元软件建立了燕尾榫连接正交胶合木墙体节点模型。通过对比模拟结果与试验结果,验证了建模方法的可靠性与节点模型的有效性。通过对节点模型的位移与应力云图分析,揭示了燕尾榫连接形式下构件在弹性及弹塑性阶段的荷载传递路径,指出节点的薄弱环节分别为侧板下方卯口外角、侧板上方卯口内角以及M板中间层受拉侧。模型进一步验证了构件性能受到榫头宽度设计的影响,不同榫头宽度构件薄弱环节有所区别,为今后的优化设计提出参考。
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