钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯性能影响参数研究

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胶合木作为一种可持续发展的绿色环保建筑材料,具有材性良好、建造灵活、强质比高、防腐防潮、保温隔热、施工周期短、和谐美观等优点。现代木结构工程向着大跨高层发展,对大尺寸胶合木梁的需求越来越大,为实现胶合木梁长度的跨越,可采用钢夹板-螺栓连接形式。为深入探讨参数变化对钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯性能的影响,本文对13组钢夹板-螺栓连接胶合木梁进行静力试验,通过理论分析计算其极限承载力,并利用有限元软件ANSYS建立25组有限元模型对9个影响参数进行研究,主要研究内容包含以下几个方面:(1)对13组钢夹板-螺栓连接胶合木梁进行抗弯性能试验,将各组试件的荷载-挠度曲线、极限承载力、抗弯刚度进行对比分析。结果表明:螺栓顺纹间距对钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗弯性能影响显著,而螺栓并、错列布置方式与拼接的两段梁是否来源于同一根胶合木对试件的抗弯性能影响较小;随螺栓顺纹间距增大,试件的极限承载力和初始抗弯刚度逐渐提高;钢夹板-螺栓连接胶合木梁初始刚度大于纯胶合木梁,但后期刚度小于纯胶合木梁。(2)运用有限元软件ANSYS对试件进行数值模拟分析,利用材性试验得到的本构关系进行计算,得到相应的荷载-挠度曲线、极限承载力、应力分布云图等,并将有限元结果与试验结果进行比较,结果表明有限元结果与试验结果吻合度较高,验证了钢夹板-螺栓连接胶合木梁有限元模型的准确性和合理性。(3)采用极限承载力上下限法计算钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗弯极限承载力,并将计算结果与试验结果和有限元模拟结果进行比较,结果表明:极限承载力上下限法能准确预测钢夹板-螺栓连接节点极限承载力范围,计算极限承载力上限和下限的平均值与钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯试验的极限承载力接近;同时计算结果与有限元模拟结果的吻合度较高。(4)利用经验证的有限元建模方法,建立25组ANSYS有限元模型,分别研究螺栓端距、边距、间距、行距、直径和数量,钢夹板厚度和形状以及胶合木厚度共9个参数对钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯性能影响。结果表明:随着螺栓行距的增大,改变螺栓参数对极限承载力的影响逐渐减弱;增大螺栓端距和直径能提升钢夹板-螺栓连接节点的极限承载力;增大螺栓边距或减小螺栓间距和数量会降低试件的极限承载力;钢夹板厚度对极限承载力和破坏模式影响显著,当钢夹板厚度取1~1.5d时,钢夹板-螺栓节点受力性能良好且材料的消耗量较小;U型钢夹板能够提供足够的抗弯承载力,同时可减少螺栓和钢材的用量;当胶合木厚度≤80mm时,增大胶合木厚度能够显著提高试件的极限承载力。
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