钢-木组合连接静力性能研究

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木结构建筑保温、节能、环保、舒适,具有良好的环境协调性,但是木材设计强度低。钢结构质轻高强,但是具有稳定性差的问题。本文以螺栓和高强结构胶将钢构件和木构件连接形成钢木组合构件,不仅受力性能良好,而且体现了节能环保的设计理念,具有重要的研究意义和实用价值。螺栓连接是木结构连接常用的方式之一,具有承载力高、刚度大、安装方便等特点,深入研究螺栓连接的力学性能,对改善连接的安全性和可靠性都具有重要作用。胶粘连接构件具有造价低、质量轻、强度高、连接部位应力分布均匀、耐疲劳等优点,具有广阔的应用前景。本文在试验的基础上对两种连接的静力性能进行研究。本文研究的主要内容分为三部分。(1)木结构连接节点的承载性能与其材料性能密切相关,因此本文对木材材性和螺栓的抗弯屈服强度进行了试验研究,主要包括木材的密度、含水率、抗弯弹性模量和顺纹抗压强度以及螺栓的抗弯屈服强度等,并根据《木结构设计手册》推导出其它的材料性能,为后续分析提供数据参考。(2)设计了9组螺栓连接试件进行顺纹单调静力加载试验,选取了螺栓间距、螺栓直径、木板厚度三种因素对螺栓连接的静力性能进行研究。连接的屈服模式表现为:在螺栓直径6mm到10mm范围内,连接的屈服模式为“一铰”屈服模式;破坏形态表现为:螺栓弯曲破坏和部分木材销槽承压破坏同时发生。研究表明:多螺栓连接的螺栓受力不同步,下端螺栓受力较大,上端螺栓受力较小。运用5%螺栓直径偏移法分析三种因素变化对螺栓的屈服荷载,极限荷载和初始刚度的影响。最后与规范设计值进行对比分析,为实际工程提供参考。(3)设计了6组胶粘连接试件进行顺纹单调静力加载试验,选取了木板厚度、粘接段长度和钢表面喷砂作为影响因素对连接的静力性能进行研究。胶粘连接的破坏形态表现为脆性破坏,破坏类型为典型的粘附破坏类型。分析了胶粘连接试件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,得出胶粘试件在受力过程中表现为线弹性,H型钢与木板上应变分布规律相反的结论。探讨了改善胶粘连接延性的措施,进行了2组混合连接试验,发现螺栓和胶粘混合连接组合效果不明显,建议工程中采用紧密型连接方式改善延性。最后建立了有限元模型,验证了使用弹簧单元模拟胶粘连接的合理性,对胶粘连接进行参数分析,同时给出了胶粘连接设计的建议。
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