木结构钢填板螺栓连接节点力学性能试验研究与分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong486
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由于木材的不可焊性,节点连接一直是木结构设计与研究的重点。钢夹板和钢填板螺栓连接安装方便,传力明确,是应用非常广泛的一种木结构节点连接形式。对钢填板螺栓连接节点的力学性能进行研究,有着十分重要的意义。  中国现行规范中未对钢夹板和钢填板螺栓连接的计算方法进行单独规定,这已不能满足木结构发展的需要。本文通过对比国内外规范,推导出一套符合我国特点的钢夹板和钢填板螺栓连接承载力设计公式,并通过试算,证明了其合理性。将钢板理想化为薄、厚钢板,可以降低计算公式的复杂性,提高计算效率,且造成的误差较小,是合理可行的。  本文通过试验,研究钢填板螺栓连接节点在不同大小轴向压力作用下的力学性能,得到节点在0kN、100kN、150kN轴向压力作用下的弯矩-转角曲线、荷载-位移曲线以及极限抗弯承载力。节点的荷载-位移曲线以及弯矩-转角曲线表现出明显的分段特性,可分为弹性段、弹塑性段以及塑性段。轴向压力的作用降低了节点的极限抗弯承载力。节点的破坏形式为木材最外行螺栓孔处劈裂,无轴向压力作用以及 100 kN轴向压力作用时,破坏为最下行螺栓孔处劈裂。150 kN轴向压力作用时,破坏为最上行螺栓孔处劈裂。试验中,木材销槽承压变形明显,螺栓受弯屈服产生塑性铰。  利用 ABAQUS 软件,建立了试验节点的有限元分析模型。有限元分析得到的节点极限抗弯承载力与试验结果吻合。分析了螺栓直径、螺栓屈服强度、螺栓排布、螺栓个数以及端部抵承对节点承载力以及刚度的影响,其中增加螺栓直径、合理排布螺栓、增加螺栓个数以及设置端部抵承可以大幅提高节点的承载力以及刚度。提高螺栓屈服强度对极限承载力的提高作用取决于节点上螺栓连接屈服时的屈服模式。对于有端部抵承的节点,轴向压力为有利荷载,节点的承载力与初始刚度随轴向压力的增加而增加。  由于木材具有良好的变形能力,传统基于等刚度假设计算得到的弹性极限承载力会显著低估节点的实际承载力。本文介绍了一种基于等弹性极限变形的节点塑性极限承载力计算方法,并给出其经验公式。计算得到的塑性极限承载力与试验结果更为接近。使用欧洲规范中计算节点的抗弯刚度的方法的计算值与试验值相差较大。
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