胶合木结构梁柱螺栓节点动力滞回规律研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51008221
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
21.0万
负责人：
宋晓滨
依托单位：
同济大学
学科分类：
E0805.工程材料
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
罗烈；余倩倩；孙栋杰；马爱兵；
关键词：
动力荷载-位移滞回模型。胶合木结构精细化动力数值模型低周反复加载试验梁柱螺栓节点

项目摘要

胶合木结构梁柱螺栓节点的动力性能对于胶合木结构的抗震性能有重要影响，因此本课题主要研究胶合木梁柱螺栓节点在低周反复荷载作用下的破坏机理、破坏模式以及刚度和承载力的退化规律，并建立节点荷载－位移动力滞回模型。开展低周反复加载试验研究节点破坏模式及刚度和承载力的退化规律，通过螺栓－木材挤压试验建立局压作用下木材的应力应变滞回曲线。结合螺栓和螺孔周边木材抗压不抗拉的接触特性建立精细化动力数值分析模型。经试验验证后深入研究节点的破坏机理、破坏模式及刚度和承载力的退化规律，并开展参数分析研究节点形式、胶合木强度和螺栓直径、布置方式和边距对节点性能的影响趋势。考虑节点不同破坏模式，最终建立胶合木梁柱螺栓节点荷载-位移动力滞回模型，为胶合木结构抗震设计和地震作用下的结构倒塌分析提供理论基础。课题成果可为相关规范编制提供科研支撑，有助于推广胶合木木结构应用，符合我国节能减排和可持续发展的建设理念。

结项摘要

课题在基金委资助下开展了胶合木梁柱螺栓节点弯剪单调和低周反复加载试验和相关木材、自攻螺丝等材性试验。试验考虑了两种胶合木制作方式、三种螺栓直径、两种螺栓边距和两种梁柱构件宽度。试验表明，胶合木梁柱螺栓节点在弯剪荷载作用下，在加载初期主要由木材横纹承压抵抗外部弯矩，当木材横纹劈裂裂缝扩展至构件端部后（位于节点区域内）则裂缝两侧木材以悬臂梁机制抵抗外部弯矩直至悬臂梁端部发生弯曲破坏。. 课题建立了考虑木材各向、拉压异性的本构特性以及螺栓－木材、木材－木材和木材－钢板接触性能的三维精细化有限元模型，试验结果表明模型具有较好的计算精度。课题基于有限元模型进一步开展了考虑节点螺栓直径、边距以及螺栓孔隙影响的参数分析。研究结果表明：节点刚度和承载力随螺栓直径增大或边距减小而提高，而节点延性和耗能随之降低；螺孔孔隙的存在会导致节点弯矩－转角曲线初始段刚度明显降低，且低刚度段的范围（长度）随螺栓孔隙的增大而扩大。. 在试验和数值模拟的基础上，课题考虑Ibarra带有捏拢特征的滞回数学模型并采用非线性拟合方法得到了胶合木梁柱螺栓节点弯矩－转角滞回关系模型参数，模型较好地体现了节点弯矩－转角骨架曲线特征（包括初始刚度及非线性发展）以及多次循环加载间节点刚度和峰值荷载退化等特征。. 此外，课题开展了采用自攻螺丝和交叉胶合木技术提升节点刚度和承载力的初步研究。研究表明，自攻螺丝和交叉胶合木技术可有效提高节点极限承载力（分别为80%和52％）、极限变形和耗能能力。