钢夹板—螺栓连接胶合木梁疲劳性能试验研究

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现代木结构通常采用螺栓连接,它具有加工简单、组装便捷、经济性能好、传力可靠的优点;在有接长的需求时通常采用外夹钢板的形式进行组合。而在实际工程中,钢夹板-螺栓连接胶合木梁除了受到静荷载作用外,还会受到人群、车辆、风荷载等动荷载的作用,造成钢板、螺栓和胶合木之间松动的可能并降低了协同作用,给连接件的可靠性带来风险,随着服役时间增长,其疲劳问题也应得到重视。因此,亟需开展钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳性能试验研究。本文在现有的研究基础之上,设计了跨高比为18的12根试验梁,其中3组9根用于静载试验,分别为纯胶合木梁组、钢夹板-两行螺栓连接胶合木梁组、钢夹板-三行螺栓连接胶合木梁组,每组各三根,研究了各组试验梁的极限承载力、破坏形式等。剩余1组3根试验梁用于钢夹板-两行螺栓连接胶合木梁的低中高三种应力水平的疲劳试验,研究了其对应的疲劳寿命、剩余强度、刚度退化规律、截面应力分布等。最后,采用ANSYS Workbench软件对试验梁的试验过程进行模拟,然后与试验结果进行对比。研究结果如下:(1)相比较于纯胶合木梁组,钢夹板-螺栓连接胶合木梁组的早期刚度更高,但随着荷载继续增大,刚度不如纯胶合木梁,最终极限承载力均略低于纯胶合木梁。最终破坏形态表现为:纯胶合木梁跨中脆性受拉破坏;钢夹板-螺栓连接胶合木梁销槽拉压屈服而塑性破坏,延性较纯胶合木梁更好。钢夹板-两行螺栓连接胶合木梁为上、下两行螺栓孔裂缝贯穿;钢夹板-三行螺栓连接胶合木梁上、下两行螺栓孔裂缝贯穿,但中间一行未见明显裂缝。(2)钢夹板-螺栓连接胶合木梁经历了 200万次循环加载后,承载力退化了11.3%,表明该连接方式可以协同作用具有良好的疲劳性能。各试验梁均表现出,在循环加载过程中,刚度退化起初并不明显,而后突然急剧降低,最后趋于平稳直至破坏。根据观测结果结合疲劳损伤原理与断裂力学,提出适用于钢夹板-螺栓连接胶合木梁的疲劳寿命与损伤过程的计算模型。(3)采用ANSYS有限元软件模拟了纯胶合木梁、钢夹板-螺栓连接胶合木梁的试验过程,所得到的荷载-位移曲线和疲劳寿命预测与试验结果吻合度较高。并对胶合木梁进行疲劳损伤分析,表明钢夹板-螺栓连接胶合木梁的连接方式可以有效抑制疲劳损伤在钢夹板-螺栓连接范围内的积累。
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