钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯性能试验研究

发布时间：2020-06-02 04:05

【摘要】：胶合木是现代木结构中不能缺少的材料,它具有受力合理,截面及构件形状自由,强度高,缺陷分散等优点。但是由于木材截面尺寸受天然尺寸的限制,既不能像混凝土浇筑连接,也不能像钢材焊接,所以设计出性能优异,结构合理的连接件对胶合木梁进行接长,用以提高胶合木的利用率、推动胶合木在木结构建筑中的使用变得至关重要。本文以钢夹板-螺栓连接胶合木梁为研究对象,通过试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法对钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗弯性能进行探讨。主要研究内容包含以下几个方面。(1)对胶合木、Q345级钢板及螺栓组成的钢夹板-螺栓连接胶合木梁进行抗弯承载力试验。通过13组39根梁的抗弯承载力试验,研究了螺栓顺纹间距、螺栓并错列布置方式及拼接的两根梁是否来源于同一根胶合木对钢夹板-螺栓连接胶合木梁抗弯性能的影响。与纯胶合木梁比较,钢夹板-螺栓连接胶合木梁并列螺栓顺纹间距为100mm时,极限承载能力可以提高4%,并列螺栓顺纹间距为60mm、80mm时,极限承载能力不如普通胶合木梁。极限承载能力与螺栓顺纹间距成正比,即随着螺栓顺纹间距的增大,钢夹板-螺栓连接胶合木梁的极限承载能力也会提高。并列螺栓顺纹间距60mm、80mm、100mm的钢夹板-螺栓连接胶合木梁的极限变形相对于普通胶合木分别提高了40.4%、47.7%、49.8%。螺栓并错列布置对钢夹板-螺栓连接胶合木梁的极限承载能力无较大影响。钢夹板-螺栓连接胶合木梁前期刚度高于纯胶合木梁,后期刚度不如纯胶合木梁,前期刚度与顺纹螺栓间距成正比。拼接的两根梁是否来源于同一根胶合木梁对钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗弯性能影响较小。(2)用极限应变设计方法,并结合胶合木本构模型,提出钢夹板-螺栓连接胶合木梁的抗弯承载力计算公式。经过抗弯承载力公式计算的结果与试验结果对比可得:该方法吻合度较高。对螺栓群受弯承载力公式进行了推导,得到在符合规范要求前提下,使用强度等级较高或直径较大的螺栓,增大摩擦面抗滑移系数μ可以提高螺栓抗弯承载力。(3)对木材销槽承压强度的两种测试方法和两种对应的销槽承压荷载判定方法进行了探讨,分析了试验及判定方法的优缺点。列举了各国木结构设计规范中的木材销槽承压强度理论计算公式,为后续进行公式推导提供参考依据。(4)利用ANSYS有限元软件分析了普通胶合木梁、钢夹板-螺栓连接胶合木梁的受弯性能,研究了螺栓顺纹间距、螺栓布置方式对钢夹板-螺栓连接胶合木梁受弯性能的影响,并与试验结果进行对比。结果表明:无论是螺栓并列还是错列布置方式,均是最下排螺孔处应力最大,螺栓错列与并列布置对抗弯承载能力影响不大,抗弯承载能力与螺栓顺纹间距成正比等规律均与试验一致,充分验证了本文钢夹板-螺栓连接胶合木梁设计的合理性。(5)对欧洲规范EC 5给出了单个螺栓连接滑移模量的计算公式进行了验证,发现螺栓连接节点的刚度计算值与试验值之间存在较大差异,造成这种现象的可能原因有:公式本身计算的不准确,试验中的螺栓孔孔隙,加载方式的影响,节点各个螺栓连接受荷不均匀等。
【图文】：

木结构

一，类整个建筑历史中有着十分重要的角色。但裂缝、斜纹、木节等缺陷会影响木结逡逑构强度，同时木材又有易燃、易腐、截面尺寸易受天然尺寸限制等缺点，这使得逡逑传统木结构的发展停滞【ｈ。但是随着科学技术的进步，使得木结构的品质有了逡逑很大的进步，传统木结构逐渐发展成为现代木结构，并在现代建筑结构中占有了逡逑—定份额。同时其应用范围已经涉及住宅、桥梁等多个领域｜３－６〗。逡逑现代木结构由于具有环保、节能、美观、成本低等优点，在日本、北美、欧逡逑洲等地被广泛应用，，有着较为完善的现代木结构体系。按照分类可以将现代木结逡逑构体系分为胶合木结构与轻型木结构。逡逑轻型木结构（如图Ｕ所示）是指用石膏、木基结构板材或者规格材制成的逡逑屋盖、木构架墙体和楼板等的单层或多层建筑结构，其适用地区通常为城市的低逡逑密度住宅开发区和不太发达地区的低成本住宅开发区。其主要特点为密度低，处逡逑理基础的难度低，处理基础的成本小。因此ｙ钢结构和混凝土结构相比，轻型木逡逑结构以其较好的受力性能和低成本的优势得到了社会的广泛使用。

胶合木,钢夹,螺栓连接

图１．３钢夹板－螺栓连接胶合木梁逡逑ｆｉｇ．邋．邋１．３邋Ｇｌｕｅｄ邋Ｗｏｏｄ邋ｂｅａｍｓ邋ｗｉｔｈ邋ｓｔｅｅｌ邋ｓｐｌｉｎｔｓ邋ａｎｄ邋ｂｏｌｔｓ逡逑１．４本文研究意义与主要研究内容逡逑１．４．１研究的意义逡逑钢夹板－螺栓连接胶合木是现代木结构中主要采用的连接形式。但是在厚比、螺栓间距、螺栓排列方式等众多因素的影响下，使得钢夹板－螺栓连接胶木的力学性非常复杂Ｎ１。同时我国相关的螺栓连接理论较少，特别是国产木材栓连接的研究更是少。在设计过程中多参考欧美、日本等国的相关规定，易造对设计参数的选取错误，导致计算结果差异较大，因此本文对钢夹板－螺栓连胶合木梁进行受弯性能研宄。将落叶松锯材胶合加工成为指定等级的胶合木梁件，进行钢夹板－螺栓连接胶合木梁受弯性能试验研究，在研宄钢夹板－螺栓连胶合木梁受弯性能的基础上，找到合适的连接方式对胶合木梁进行接长，用以
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU366.3

【参考文献】