木材嵌压实验及其理论研究

论文摘要

节点是结构中关键的组成部分,它起到控制整个结构强度、刚度和延性的重要作用。调查发现木结构在极端荷载(如地震、台风)作用下的倒塌破坏,节点设计不当往往是主要原因,并且以往木结构的研究常偏重于结构和构件方面,而相对低估了节点对结构安全的重要性,造成木结构在极端荷载作用下由于节点脆性破坏(割裂、剪断等)而倒塌的严重后果。国外木结构研究者已逐步认识到这些问题,并努力开展此方面的研究。开展木材嵌压理论及其应用的研究,不仅因为木材嵌压是支配木节点变形的主要因素,同时也是引起木节点区脆性破坏的主要原因。木材是力学性能比较复杂的正交各项异性的材料。为了研究木材在不同部位,不同厚度受压时端、边距以及试件厚度与弹塑性屈服应力和弹性模量等的变化规律,本文以杉木为实验材料通过选取不同厚度不同受压部位的试件来进行均匀嵌压实验研究,通过对实验数据进行拟合处理,将木材在均匀嵌压中的本构关系简化为两直线模型；运用正交试验方法对实验数据进行分析,定性地得出第一刚度、第二刚度、弹塑性屈服力、弹塑性屈服应力、弹塑性屈服应变、临界嵌入量、弹性模量、塑性模量同端距、边距、厚度的关系；以Pasternak模型为理论基础,进行木材均匀嵌压理论公式的推导,得出了木材均匀嵌压理论公式,并用Matlab编程计算弹性变形的理论值,进而与实际实验值做比较,为木结构设计人员在木结构节点设计上提供依据；以ANSYS为分析工具对杉木均匀嵌压实验进行有限元模拟,得出嵌压时试件中拉应力的存在是试件端部劈裂缝产生的原因的结论,并得出拉应力分布的规律,为木节点设计与加固提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 中国木结构的发展
• 1.1.2 中国木结构的基本构造
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.2.1 课题背景
• 1.2.2 课题的研究意义
• 1.3 课题研究思路
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 本论文研究内容
• 第2章 杉木均匀嵌压实验
• 2.1 引言
• 2.2 实验研究
• 2.2.1 实验选材以及试验目的
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 嵌压实验规则
• 2.2.4 次要因子指标的测定
• 2.2.5 试验现象的描述
• 2.3 杉木均匀嵌压曲线拟合
• 2.4 本章小结
• 第三章 正交实验分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验数据正交分析
• 3.2.1 第一刚度
• 3.2.2 第二刚度
• 3.2.3 弹塑性屈服力
• 3.2.4 弹塑性临界嵌入量
• 3.2.5 弹塑性屈服应力
• 3.2.6 弹塑性屈服应变
• 1'>3.2.7 弹性模量E₁
• 2'>3.2.8 塑性模量E₂
• 3.3 本章小结
• 第四章 杉木均匀嵌压理论分析
• 4.1 引言
• 4.2 PASTERNAK模型
• 4.2.1 pasternak模型的推导
• 4.2.2 基于PASTERNAK模型的木材均匀嵌压弹性理论推导
• 4.2.3 形函数假定
• 4.2.4 木材PASTERNAK嵌压模型近似解
• 4.2.5 γ值的确定
• 4.3 试验值和理论计算值的比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于ANSYS有限元模拟
• 5.1 引言
• 5.2 ANSYS有限元模型
• 5.2.1 几何模型
• 5.2.2 荷载施加与求解
• 5.2.3 结果与分析
• 5.3 ANSYS有限元模拟分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议及留待解决的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:硕士研究生期间论文发表情况