膠合木結構樑柱螺栓節點動力滯回規律研究

《膠合木結構樑柱螺栓節點動力滯回規律研究》是依託同濟大學，由宋曉濱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：膠合木結構樑柱螺栓節點動力滯回規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋曉濱
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

膠合木結構樑柱螺栓節點的動力性能對於膠合木結構的抗震性能有重要影響，因此本課題主要研究膠合木樑柱螺栓節點在低周反覆荷載作用下的破壞機理、破壞模式以及剛度和承載力的退化規律，並建立節點荷載－位移動力滯回模型。開展低周反覆載入試驗研究節點破壞模式及剛度和承載力的退化規律，通過螺栓－木材擠壓試驗建立局壓作用下木材的應力應變滯回曲線。結合螺栓和螺孔周邊木材抗壓不抗拉的接觸特性建立精細化動力數值分析模型。經試驗驗證後深入研究節點的破壞機理、破壞模式及剛度和承載力的退化規律，並開展參數分析研究節點形式、膠合木強度和螺栓直徑、布置方式和邊距對節點性能的影響趨勢。考慮節點不同破壞模式，最終建立膠合木樑柱螺栓節點荷載-位移動力滯回模型，為膠合木結構抗震設計和地震作用下的結構倒塌分析提供理論基礎。課題成果可為相關規範編制提供科研支撐，有助於推廣膠合木木結構套用，符合我國節能減排和可持續發展的建設理念。

結題摘要

課題在基金委資助下開展了膠合木樑柱螺栓節點彎剪單調和低周反覆載入試驗和相關木材、自攻螺絲等材性試驗。試驗考慮了兩種膠合木製作方式、三種螺栓直徑、兩種螺栓邊距和兩種樑柱構件寬度。試驗表明，膠合木樑柱螺栓節點在彎剪荷載作用下，在載入初期主要由木材橫紋承壓抵抗外部彎矩，當木材橫紋劈裂裂縫擴展至構件端部後（位於節點區域內）則裂縫兩側木材以懸臂樑機制抵抗外部彎矩直至懸臂樑端部發生彎曲破壞。課題建立了考慮木材各向、拉壓異性的本構特性以及螺栓－木材、木材－木材和木材－鋼板接觸性能的三維精細化有限元模型，試驗結果表明模型具有較好的計算精度。課題基於有限元模型進一步開展了考慮節點螺栓直徑、邊距以及螺栓孔隙影響的參數分析。研究結果表明：節點剛度和承載力隨螺栓直徑增大或邊距減小而提高，而節點延性和耗能隨之降低；螺孔孔隙的存在會導致節點彎矩－轉角曲線初始段剛度明顯降低，且低剛度段的範圍（長度）隨螺栓孔隙的增大而擴大。在試驗和數值模擬的基礎上，課題考慮Ibarra帶有捏攏特徵的滯回數學模型並採用非線性擬合方法得到了膠合木樑柱螺栓節點彎矩－轉角滯回關係模型參數，模型較好地體現了節點彎矩－轉角骨架曲線特徵（包括初始剛度及非線性發展）以及多次循環載入間節點剛度和峰值荷載退化等特徵。此外，課題開展了採用自攻螺絲和交叉膠合木技術提升節點剛度和承載力的初步研究。研究表明，自攻螺絲和交叉膠合木技術可有效提高節點極限承載力（分別為80%和52％）、極限變形和耗能能力。