《重型木框架樑柱螺栓節點彎剪受力性能和變異性研究》是依託同濟大學，由宋曉濱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：重型木框架樑柱螺栓節點彎剪受力性能和變異性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋曉濱
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
重型木結構木可永久儲存碳，減少溫室氣體排放，且其構件尺寸較大，具有高強、抗火和耐久等優點。然而，重型木結構結構冗餘度較低，且有木結構“強構件弱節點”的共性，因而節點性能研究是熱點和難點。課題以重型木框架樑柱螺栓節點為研究對象，針對節點彎剪複合受力機制還未被充分認識的現狀和體系“強構件弱節點”的特點，研究節點彎剪承載力及其變異性和性能提升方法。以純彎、純剪和彎剪複合載入實驗和精細化有限元數值模擬為手段，研究節點承載力和彎剪相關關係；以隨機有限元、方差分析和反應面方法揭示節點承載力機率分布規律，提出節點承載力取值方法；以採用自攻螺絲、交叉膠合木和碳纖維布纏繞等方法的節點試驗和數值模擬量化節點性能提升效應，建立定量分析和計算方法。研究工作可加深對節點受力性能的認識，建立基於機率的節點性能取值方法和定量的性能提升分析方法，改善重型木結構節點和體系性能，提升我國重型木結構的研究和工程套用水平。
結題摘要
課題研究了樑柱螺栓連線節點區域內承受複雜應力的膠合木材料三維彈塑性損傷本構模型的建立方法。課題採用Hill屈服準則和Voce模型描述木材的受壓硬化行為，根據Sandhaas提出的破壞準則和不同的損傷變數分別追蹤木材的受拉和受壓損傷演化過程。和實驗結果對比發現：該模型能夠合理描述木材在順紋壓應力作用下的強度軟化、剛度退化和不可恢復變形，在一定程度上反映木材橫紋受壓非線性硬化行為，能準確地識別木材橫紋受拉和順紋受剪破壞模式。 課題開展了不同剪跨比樑柱螺栓連線節點承載力性能試驗，研究了剪彎比對樑柱螺栓連線節點破壞模式、破壞機理和承載力的影響規律。結果表明：隨著剪彎比的不斷增加，節點的抗彎承載力和延性比不斷降低。與純彎節點相比，在設計的剪力、剪彎比例荷載作用下彎剪節點的抗彎承載力和延性比的均值最大分別降低了31.7%和15.6%。 課題考慮木材材性和螺孔間隙的隨機分布規律，採用隨機有限元方法計算了膠合木樑柱螺栓連線節點初始剛度和抗彎承載力。結果表明，銷軸承壓區順紋和橫紋方向彈性模量對於節點初始剛度的方差具有十分顯著的影響，而螺栓孔隙對於節點初始剛度也具有一定的影響；木材橫紋抗拉強度和順紋抗剪強度對於節點抗彎承載力的方差具有顯著的影響，而螺栓孔隙也會在一定程度上影響節點的抗彎承載力。 此外，課題研究了碳纖維布包裹、自攻螺絲貫入和局部交叉膠合木等技術對於膠合木樑柱螺栓節點剛度和承載力的提升效應。結果表明，碳纖維布加固技術可有效提高節點極限承載力56.7%、極限變形和耗能能力。課題基於節點破壞機理，提出有效提升率指標α。結果表明，有效提升率α與節點極限承載力提高係數β呈良好的線性關係，根據有效提升率α可以評價不同加固方法的提升效率。 課題研究成果可用於指導膠合木結構設計建造、既有結構安全性評估和改造加固等工程套用，並可拓展相關結構設計規範的套用範圍。
