考虑多种因素影响的胶合木框架受力性能研究

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现代梁柱式木结构主要采用现代胶合木制作梁柱等基本构件,通过金属连接件连接节点。该结构体系具有绿色环保、传力路径明确、结构性能可靠、空间布置灵活等优点,可充分利用现代胶合木和金属连接件的特点,提高材料的利用率,并实现构件和节点的工业化生产和装配化施工,符合我国建筑工业化和绿色建筑发展的需要,在住宅、会馆、新城镇建设和特色小镇建设、旅游度假、园林景观等低层和多高层建筑中得到了广泛应用。现代梁柱式木结构发展趋势对结构体系和连接技术等提出了新的要求。传统的节点连接形式主要为钢填板螺栓连接,其承载能力和刚度较低,破坏模式为脆性破坏,难以满足现代梁柱式木结构的技术要求。课题组前期提出了角钢螺栓连接节点,并通过梁柱连接节点试验以及框架试验验证了该类节点具有良好的力学性能。为进一步研究角钢螺栓连接胶合木框架的受力性能,本文在课题组前期研究的基础上,通过对单层单跨足尺胶合木框架的进一步试验,研究了梁柱截面和跨度减小导致梁柱线刚度比变化、是否设置支撑以及支撑形式等对胶合木框架受力性能的影响。本文的主要研究内容和结论如下:(1)研究梁柱尺寸改变对胶合木框架受力性能的影响。通过设计减小梁柱截面尺寸和框架跨度,将梁柱线刚度比增大为1.545,对3.6米跨的胶合木框架进行竖向荷载作用下的单调静力加载试验和低周往复加载试验及分析,并与课题组前期完成的梁柱尺寸较大、跨度为4.2米(梁柱线刚度比为1.017)的框架的受力性能进行对比分析。试验结果表明:减小梁柱截面尺寸及跨度使梁柱线刚度比增加对胶合木框架的受力性能有较大影响:在静力荷载作用下,框架的承载能力和抗侧刚度分别降低了26.6%和19.6%;在低周往复荷载作用下,框架的强度、刚度和耗能能力等均有不同程度的降低。(2)研究支撑形式对胶合木框架受力性能的影响。通过设置隅撑和T形斜撑,对不同支撑的胶合木框架进行竖向荷载作用下的单调静力加载试验和低周往复加载试验及分析,并与课题组前期完成的胶合木纯框架的受力性能进行对比分析。试验结果表明:设置支撑以及支撑形式的改变对胶合木框架的受力性能有较大影响。在静力荷载作用下,设置隅撑的木框架,其承载能力和抗侧刚度比纯木框架分别提升了54.8%和123.5%;设置T形斜撑的木框架,其承载能力和抗侧刚度比纯木框架分别提升了207.5%和362.5%。在低周往复荷载作用下,设置隅撑的木框架,其强度和刚度都优于纯木框架,耗能能力与纯木框架较为接近,延性性能相对较差;设置T形斜撑的木框架,其强度、刚度、耗能能力都优于纯木框架,但延性性能相对较差。
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