村镇建筑物理拼接木梁耐火性能研究

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在我国西南地区的很多村镇建有大量木结构房屋。由于建造工艺落后,房屋的承载能力不足,耐火能力较差,已影响到了村民的生命财产安全。随着平安农村建设的推进,村镇木结构房屋耐火性能方面的研究逐渐引起重视,很多学者在此方面展开了研究。本文以螺钉连接的竖向拼接木梁为研究对象,应用有限元软件ABAQUS进行数值分析。研究内容及结论如下:(1)归纳总结了近年来国内外诸多学者在木结构物理拼接和木结构耐火方面取得的研究成果,从他们的研究结果中分析木结构的研究现状。以木材抗弯强度为基础,结合力学知识,理论推导了抗剪连接足够时拼接木梁的极限抗弯承载力公式,并与数值模拟结果进行对比。模拟所得的拼接木梁极限抗弯承载力与公式计算结果误差在10%以内,表明推导的极限抗弯承载力公式可行。(2)改变螺钉直径和螺钉钉入角度,研究这些变量对拼接木梁抗弯性能的影响。螺钉垂直钉入时,直径10mm、12mm、16mm螺钉连接与直径8mm螺钉连接相比,抗弯承载力提高4.79%、10.18%、11.38%,跨中挠度减小10.80%、14.57%、17.88%,但螺钉钉入角度减小,改变螺钉直径对拼接木梁抗弯性能的影响也减小。直径8mm螺钉,45°、60°钉入与90°钉入相比,抗弯承载力提高11.38%、7.49%,跨中挠度减小14.60%、11.18%,但螺钉直径增大,螺钉钉入角度对拼接木梁抗弯性能的影响减小。对拼接木梁和无螺钉连接的叠合木梁进行对比,研究两种木梁的抗弯性能差异,结果表明拼接木梁比叠合木梁抗弯承载力提高约60%。(3)研究ISO834标准升温曲线下三面受火拼接木梁温度场分布情况。拼接木梁的温度场以截面中心线为轴对称分布,距离受火面越近温度越高。受火时间增加,炭化线内移,剩余有效截面不断减小。由于螺钉的吸热和传热作用,螺钉下部附近木材温度上升速度减慢,螺钉上部附近木材温度上升速度加快,螺钉影响了拼接木梁的温度场分布。(4)采用热-力间接耦合的方法进行三面受火拼接木梁耐火极限数值分析。研究持荷水平、螺钉直径和螺钉钉入角度对拼接木梁耐火极限的影响。持荷水平由25%升到37.5%,耐火极限约降40%,持荷水平由37.5%升到50%,耐火极限约降15%,荷载较小时改变持荷水平对拼接木梁耐火极限影响较大。螺钉直径对耐火极限的影响与持荷水平有关,持荷水平越高,螺钉直径对耐火极限影响越大。螺钉钉入角度对拼接木梁耐火极限影响较小。将拼接木梁和叠合木梁的耐火极限进行对比,持荷水平为25%和50%时,耐火极限分别增加约1.3倍和5.2倍。
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