重组竹螺栓连接梁柱节点性能研究

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木材作为传统的建筑材料,具有环保、可再生等优点,但随着全球木材资源数量和质量的下降,越来越有必要探索新的建筑材料。重组竹(Bamboo scrimber)是一种具有良好力学性能的新型复合材料,可以用于梁、柱等结构构件。重组竹可胶结成工字形截面构件和箱形截面构件等薄壁构件,以充分利用材料的性能。目前已有一些关于重组竹构件的性能研究,但对于重组竹梁柱节点的性能研究还较少,而在梁柱结构体系当中,节点的受力情况十分复杂,因此有必要开展重组竹节点的性能研究。由于重组竹构件易于加工、可在工厂预制的特点,采用螺栓连接可实现重组竹结构的装配化施工。本文提出了角钢螺栓连接和T型钢螺栓连接重组竹工字形梁和箱形柱节点,并对其力学性能开展研究,主要的研究内容和结论如下:(1)对重组竹和连接材料的力学性能开展了试验研究,测得了重组竹小试件的抗弯强度、纵向和横向的抗压、抗拉强度以及泊松比,并对重组竹足尺短柱进行了轴压试验,得到了足尺试件的轴心抗压强度及弹性模量,最后对螺栓的抗弯强度和胶连接的抗剪性能进行了测试。材性试验结果为理论分析和有限元建模提供数据支撑。(2)对4组共8个重组竹螺栓连接梁柱节点进行了静力加载试验,以连接件形态与梁翼缘连接螺栓数量为参数,研究了节点的破坏模式、极限承载力和刚度等静力学性能。结果表明:角钢连接节点延性更好,极限转角更大,T型钢连接节点极限弯矩、初始刚度更高。增加梁翼缘连接螺栓数量可提高T型钢连接节点的承载力和初始刚度以及角钢连接节点的初始刚度,但不能提高角钢连接节点的承载力。当翼缘连接螺栓数量为10颗时,两种节点的节点域均发生了剪切破坏。由于柱上连接螺栓对节点域的不同约束作用,T型钢连接节点的节点域的抗剪承载力比角钢连接节点提高了46%。(3)对4个重组竹螺栓连接梁柱节点进行了低周往复加载试验,研究了节点的滞回性能。试验结果表明:角钢连接节点具有更好的耗能能力和变形性能,T型钢节点具有更好的抵抗刚度退化的能力。增加梁翼缘螺栓数量对角钢连接节点的耗能能力、变形性能和抵抗刚度退化能力有部分提升,但能显著提高T型钢连接节点的耗能能力、变形性能和抵抗刚度退化能力。(4)基于Abaqus软件,建立了重组竹梁柱节点的数值分析模型,并用试验结果验证了数值模型的可靠性;对比分析了重组竹梁柱节点的应力、变形情况与破坏模式。(5)分析了重组竹梁柱节点的受力模式,探讨了重组竹梁柱节点在不同破坏模式下的承载力计算方法。采用Deierlein模型和指数函数模型模拟了节点的弯矩-转角曲线并与试验结果进行了对比,结果表明模型具有较好的适用性。
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