轻型木桁架齿板连接节点受力性能的试验研究

论文摘要

木材因其美观大方、轻质、无污染等特性在国外建筑领域中得到广泛的应用。随着经济的发展和人们环保意识的增强,近年来,木结构形式在我国逐渐复苏,国内出现了一些诸如木结构别墅、建筑景观木桥等建筑形式。木结构中常用的连接方式为齿板连接,齿板连接以前全部采用进口齿板,随着齿板连接节点应用的增加,国内开始有厂家开始生产自己的齿板。然而对于国产齿板,目前还没有一套科学的设计方法,许多参数的假定都是建立在国外齿板设计参数的基础上。针对这一现象,本文在参考国内外木结构连接设计规范的基础上,利用国产齿板进行了齿板连接标准节点的抗拉、侧向抗力、抗滑移、抗剪承载力的实验,取得了确定齿板设计值所需要的各类参数,为国产齿板的设计提供了参考数据。通过对3榀桁架的6个支座节点进行破坏性实验,并对支座节点破坏模式、极限承载力、以及支座节点的滑移进行了分析与对比,得出支座节点与齿板连接标准节点破坏时的荷载大小、破坏模式一致,可以证实齿板连接标准试件的设计值可以广泛的应用于该类齿板的桁架设计中。齿板节点在受力时,木材接缝处附近的齿板板面在加载中期便出现了屈服现象,且伴随着较大变形,说明该区域齿板处于受力薄弱环节。为了更加清楚地了解轻型木桁架中齿板节点的受力状况,本文在借助轻型木桁架整体实验的基础上,通过在桁架节点齿板板面表面(木材接缝处)粘贴应变花,来分析了齿板板面上的应力变化规律和板面屈服的范围以及屈服的时间。从分析结果中可以得出,齿板板面在受力状态下,当外荷载达到设计荷载的60%时板面就会进入屈服,且板面屈服的范围是沿着木材接缝方向逐渐纵向延伸,板面屈服范围横向延伸较小,屈服范围大部分处于木材接缝处两边5mm内。由于在桁架节点实验中,不可能在齿板板面全部贴上应变花来分析齿板板面的应力变化规律,从实验中只能得出齿板板面在木材接缝处附近的应力变化和板面的屈服范围,对齿板板面的其余部分的应力变化状况不得而知。因此本文采用大型通用有限元软件Ansys分析支座节点在桁架受力状态下齿板板面的应力变化规律和屈服范围的变化。分析结果不仅验证试验中齿板节点板面应力变化和屈服范围的正确性,还可以得出齿板板面在受力状态下,在木材接缝处5mm外,板面不会屈服,且应力很小,在木材接缝处5mm～20mm范围内,大部分应力处于50Mpa以下,在木材接缝处20mm外,应力小于10Mpa。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 木结构建筑的应用及前景
• 1.1.1 木结构在国内的历史及现状
• 1.1.2 木结构在国外的历史及现状
• 1.2 木结构建筑中主要结构体系
• 1.2.1 梁柱结构体系
• 1.2.2 轻型木结构体系
• 1.2.3 组合结构体系
• 1.3 木结构建筑中主要连接节点形式
• 1.3.1 榫卯
• 1.3.2 斗拱
• 1.3.3 钉、螺栓和齿板
• 1.3.4 齿板连接
• 1.4 齿板连接节点的国内外研究现状
• 1.4.1 齿板的国内研究现状
• 1.4.2 齿板的国外研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容和目的
• 2 齿板连接标准节点的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 齿板母材材性试验
• 2.2.1 试验依据
• 2.2.2 试件设计及加载
• 2.2.3 试件试验结果
• 2.3 齿板标准节点试验
• 2.3.1 试验依据
• 2.3.2 试验要点及承载力设计值的确定
• 2.3.3 试件设计及准备
• 2.3.4 试验加载装置及加载制度
• 2.3.5 试验数据采集和测试方案
• 2.4 齿板连接标准节点试验现象描述及数据分析
• 2.4.1 齿板连接标准节点极限受拉承载力
• 2.4.2 齿板连接标准节点极限侧向抗力承载力
• 2.4.3 齿板连接标准节点板齿抗滑移极限承载力
• 2.4.4 齿板连接标准节点受剪极限承载力
• 2.5 齿板连接标准节点承载力设计值取值
• 2.5.1 齿板受拉极限承载力设计值取值
• 2.5.2 齿板连接板齿侧向极限承载力设计值
• 2.5.3 齿板连接板齿抗滑移极限承载力设计值
• 2.5.4 齿板连接受剪极限承载力设计值
• 2.6 本章小结
• 3 轻型木桁架齿板连接节点的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验方案
• 3.3 桁架试验加载方案和试验现象描述
• 3.3.1 桁架试验加载方案
• 3.3.2 桁架1 支座节点破坏现象
• 3.3.3 桁架2 支座节点破坏现象
• 3.3.4 桁架3 支座节点破坏现象
• 3.4 板面应变试验数据整理与分析
• 3.4.1 桁架1 支座节点板面应力变化
• 3.4.2 桁架2 支座节点板面应力变化
• 3.4.3 桁架3 支座节点板面应力变化
• 3.5 本章小结
• 4 轻型木桁架齿板连接节点有限元分桁
• 4.1 引言
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.2.1 齿板连接节点模型建立
• 4.2.2 模型单元划分
• 4.2.3 模型约束及施加荷载
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 节点应力的变化
• 4.3.2 分析结果与实验比较
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录