旋切板膠合梁柱節(jié)點(diǎn)試驗研究匯報

1、Study on Mechanical Behavior of the Laminated Veneer Lumber Beam-column Joints旋切板膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能研究碩 士：*導(dǎo) 師：*匯報內(nèi)容 緒論 材料基本力學(xué)性能研究 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能研究 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)承載力理論分析 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)有限元模擬與分析 結(jié)論與展望 1.1 引言 1.2 LVL簡介 1.3 木結(jié)構(gòu)的連接 1.4 木結(jié)構(gòu)連接的研究概況 1.5 本文主要研究內(nèi)容第一章 緒論 現(xiàn)今普遍使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過程消耗資源，對環(huán)境產(chǎn)生了不良影響，而木結(jié)構(gòu)具有健康舒適、環(huán)保節(jié)能、設(shè)計靈活、安全可靠等諸多優(yōu)

2、點(diǎn)，近期獲得了較好的發(fā)展 傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)對天然林資源依賴性嚴(yán)重，因此工程木材的引進(jìn)推廣、新型木結(jié)構(gòu)研發(fā)及設(shè)計水平的提高、利用人造木取代天然原木對傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行構(gòu)件替代和加固已成為可行的方向1.1 引言旋切板膠合木（Laminated Veneer Lumber，簡寫為LVL）是眾多工程木產(chǎn)品中最常見的一種，它是以小徑材和低質(zhì)材原木為主要原料，生產(chǎn)工藝流程為原木截斷蒸煮扒皮單板旋切單板剪切單板干燥單板斜接單板涂膠組坯預(yù)壓熱壓劇割堆垛檢驗包裝入庫，可將LVL分為結(jié)構(gòu)用和非結(jié)構(gòu)用兩類。1.2 LVL簡介1.3 木結(jié)構(gòu)的連接傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的連接形式主要為榫卯連接現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)中常用的連接方式有齒板連接、銷連接

3、、鍵連接、膠(粘結(jié)劑)連接、植筋連接等。1.4木結(jié)構(gòu)連接的研究概況丹麥科學(xué)家丹麥科學(xué)家Johansen于于1941年提出年提出“屈服理論屈服理論”，理論建立時假定銷，理論建立時假定銷槽受壓和銷的受彎具有彈塑性變形能力，并依據(jù)材料力學(xué)方法推導(dǎo)出槽受壓和銷的受彎具有彈塑性變形能力，并依據(jù)材料力學(xué)方法推導(dǎo)出了螺栓連接的承載力計算公式，自此，后來的研究學(xué)者就將了螺栓連接的承載力計算公式，自此，后來的研究學(xué)者就將“屈服理屈服理論論”應(yīng)用到單個螺栓的對稱連接和反對稱連接承載力的計算中。應(yīng)用到單個螺栓的對稱連接和反對稱連接承載力的計算中。1983年，年，McLain和和Thangjitham將將“屈服理論屈

4、服理論”應(yīng)用到了美國的木結(jié)應(yīng)用到了美國的木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中去，并用試驗驗證了螺栓預(yù)緊力對螺栓的承載力具有增構(gòu)設(shè)計規(guī)范中去，并用試驗驗證了螺栓預(yù)緊力對螺栓的承載力具有增強(qiáng)作用。強(qiáng)作用。1991年，年，Wilkinson研究了木材的比重、螺栓的直徑及加荷方向?qū)?jié)點(diǎn)研究了木材的比重、螺栓的直徑及加荷方向?qū)?jié)點(diǎn)承載力的影響，通過選取國內(nèi)大量的樹種包括南方松、花旗松、落葉承載力的影響，通過選取國內(nèi)大量的樹種包括南方松、花旗松、落葉松、紅橡木等進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)荷載平行于紋理方向時，承載松、紅橡木等進(jìn)行研究，結(jié)果表明，當(dāng)荷載平行于紋理方向時，承載力大小只與木材比重有關(guān)；當(dāng)加荷方向垂直紋理方向時，承載力大

5、小力大小只與木材比重有關(guān)；當(dāng)加荷方向垂直紋理方向時，承載力大小主要與木材比重和螺栓直徑兩個條件有關(guān)主要與木材比重和螺栓直徑兩個條件有關(guān)2007年周俐俐通過計算實例，提出螺栓連接不等間距的排列的新方式，在承載力相同的情況下，這種新型排列方式既兼顧了規(guī)范規(guī)定的螺栓最大和最小的容許距離，又減少了螺栓數(shù)目 2001年年J.G.Broughton和和 A.R.Hutchinson26研究了研究了 5 種膠黏劑在種膠黏劑在 LVL 板材板材中的膠合植筋性能，分別為環(huán)氧樹脂中的膠合植筋性能，分別為環(huán)氧樹脂( EPX) 膠黏劑、丙烯酸、苯酚間苯二膠黏劑、丙烯酸、苯酚間苯二酚甲醛酚甲醛( PRF) 和聚氨酯和聚

6、氨酯( PUR) 膠黏劑，結(jié)果顯示，使用環(huán)氧樹脂膠黏劑膠黏劑，結(jié)果顯示，使用環(huán)氧樹脂膠黏劑的試件在破壞時呈現(xiàn)出不同的外觀性能，此類試件的平均剪切強(qiáng)度為的試件在破壞時呈現(xiàn)出不同的外觀性能，此類試件的平均剪切強(qiáng)度為4.67.1MPa。 2003年，年，L.Feligioni 等等27的研究表明，膠層厚度是木結(jié)構(gòu)植筋連接設(shè)計的的研究表明，膠層厚度是木結(jié)構(gòu)植筋連接設(shè)計的重要參數(shù)，因為膠層厚度能夠優(yōu)化木材到植筋桿的應(yīng)力傳遞，限制應(yīng)力集中重要參數(shù)，因為膠層厚度能夠優(yōu)化木材到植筋桿的應(yīng)力傳遞，限制應(yīng)力集中和塑性變形。和塑性變形。 2006年，年，RSteiger 等等28在挪威云杉膠合木中順紋植入螺紋桿，通

7、過試驗在挪威云杉膠合木中順紋植入螺紋桿，通過試驗測出其抗拔強(qiáng)度與密度的指數(shù)為測出其抗拔強(qiáng)度與密度的指數(shù)為c =0. 55，而當(dāng)螺紋桿橫紋植入時的指數(shù)為，而當(dāng)螺紋桿橫紋植入時的指數(shù)為c =0. 25。 2006年年RSteiger28研究了植入長度對植筋節(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度和抗拔性能的研究了植入長度對植筋節(jié)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度和抗拔性能的影響，研究，增加植入桿的植入深度度，最終破壞荷載增加但平均剪切強(qiáng)度影響，研究，增加植入桿的植入深度度，最終破壞荷載增加但平均剪切強(qiáng)度下降，同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)邊距小于下降，同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)邊距小于2.3倍的植入桿直徑時，節(jié)點(diǎn)試件的抗拔性能倍的植入桿直徑時，節(jié)點(diǎn)試件的抗拔性能會因木材過早的

8、開裂而較差。會因木材過早的開裂而較差。本文將以旋切板膠合木(LVL)替代原木對螺栓鋼填板連接及植筋連接的特性進(jìn)行研究，主要內(nèi)容如下：a)首先對本次研究所采用的楊木旋切板膠合木及螺栓的材料性能進(jìn)行研究，主要包括楊木LVL的密度、含水率、順紋抗壓強(qiáng)度及彈性模量、垂直剪切強(qiáng)度、銷槽承壓強(qiáng)度，螺栓的抗彎強(qiáng)度；b)通過對LVL螺栓連接節(jié)點(diǎn)及植筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單調(diào)加載及低周反復(fù)加載試驗，研究其延性、耗能性能，求得節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度退化等參數(shù)，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)的破壞形式及受力特點(diǎn)建立簡化的計算模型，對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行承載力的進(jìn)行理論分析并與試驗結(jié)果對比；c)利用有限元分析軟件對LVL螺栓節(jié)點(diǎn)及植筋節(jié)點(diǎn)的受力狀況進(jìn)行分析，并將分析

9、結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行比對最終得出相關(guān)結(jié)論。1.5 本文主要研究內(nèi)容第二章 材料基本力學(xué)性能研究 2.1 引言 2.2 材性試驗 2.3 本章小結(jié)(1)木材密度、含水率的測定(2)木材順紋抗壓強(qiáng)度及彈性模量測定(3)木材垂直剪切強(qiáng)度測定(4)木材銷槽承壓強(qiáng)度測定(5)螺栓抗彎強(qiáng)度測定 2.2 材性試驗(1)LVL密度、含水率測定試驗試件編號試件尺寸(mmmmmm)烘干前質(zhì)量(g)烘干后質(zhì)量(g)含水率(%)密度(g/cm3)1150402585.7376.3211.00.5652150402586.4275.9813.70.5763150402585.7675.4913.60.5724150402

10、586.6876.9512.60.5785150402587.6576.7113.50.5806150402586.3876.9612.20.576此批試件的此批試件的平均含水率為平均含水率為12 2.8 8%，平均密度為平均密度為0.575g/cm3表表2.1 1LVL含水率試驗數(shù)據(jù)整理含水率試驗數(shù)據(jù)整理該試驗以木材密度測定方法該試驗以木材密度測定方法(GB/T 1933-2009)和木材含水率測定和木材含水率測定方法方法(GB/T 1931-2009)為參考標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實際情況進(jìn)行。為參考標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實際情況進(jìn)行。本次試驗使用的試件與梁柱節(jié)點(diǎn)試驗同批次制作的，尺寸為25mm40mm150mm試

11、件編號彈性模量(MPa)極限壓應(yīng)力(MPa)110674.642.10210380.345.06310533.442.2649753.444.01511124.043.4669567.542.97平均值10338.943.31表表 2.3 3 LVL順紋受壓彈性模量、極限壓應(yīng)力順紋受壓彈性模量、極限壓應(yīng)力(2)順紋抗壓強(qiáng)度及彈性模量的測定本試驗試件尺寸設(shè)計參考了本試驗試件尺寸設(shè)計參考了ASTM D143-09試驗標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定設(shè)計并加試驗標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定設(shè)計并加工試件工試件，本次試驗試件尺寸：本次試驗試件尺寸：40mm40mm200mm(3)LVL垂直加載剪切強(qiáng)度試驗圖圖2.9 LVL垂直加載剪切強(qiáng)度試

12、驗示意圖垂直加載剪切強(qiáng)度試驗示意圖圖2.10 LVL垂直加載剪切強(qiáng)度試驗實體圖本試驗試件尺寸設(shè)計參考了本試驗試件尺寸設(shè)計參考了 ASTM D143-09試驗標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定試驗標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,試件尺寸：試件尺寸：150mm40mm25mm試件編號試件尺寸(mmmmmm)破壞荷載(kN)最大切應(yīng)力(MPa)平均切應(yīng)力(MPa)115040.125.17.6205.7155.630215040.025.26.9315.198315039.825.17.5625.672415040.025.17.3255.494515040.124.98.1306.098615040.025.17.4715.603表表2.4

13、 4 LVL垂直加載剪切強(qiáng)度試驗垂直加載剪切強(qiáng)度試驗通過通過LVL的水平剪切試驗以及數(shù)據(jù)分析可知，楊木的水平剪切試驗以及數(shù)據(jù)分析可知，楊木LVL受剪切破受剪切破壞時體現(xiàn)出一種脆性，而且剪切強(qiáng)度較小。壞時體現(xiàn)出一種脆性，而且剪切強(qiáng)度較小。(4)LVL銷槽承壓試驗 試件尺寸根據(jù)美國ASTM D5764-97a試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，試件尺寸為：50mm50mm75mm（長度寬度厚度）（如圖2.11所示）。采用的試驗裝置如圖2.12所示。圖圖2.11 銷槽承壓試件示意圖銷槽承壓試件示意圖圖2.12 銷槽承壓試驗圖試件編號試件厚度mm螺栓直徑mm5%直徑偏移荷載N銷槽承壓強(qiáng)度試驗值N/mm2149.677.

14、898159.28 20.82249.457.667685.59 20.29349.737.87676.42 19.79449.817.727713.74 20.06549.537.787953.49 20.64根據(jù)材性試驗結(jié)果可得，節(jié)點(diǎn)試驗楊木根據(jù)材性試驗結(jié)果可得，節(jié)點(diǎn)試驗楊木LVLLVL的平均銷槽承壓強(qiáng)度的平均銷槽承壓強(qiáng)度試驗值為試驗值為20.32N/mm2 2。表表2.5 LVL銷槽承壓強(qiáng)度銷槽承壓強(qiáng)度(5)螺栓抗彎試驗圖圖2.14 螺栓抗彎試驗圖螺栓抗彎試驗圖本試驗根據(jù)本試驗根據(jù)ASTM D1575-03進(jìn)行進(jìn)行,對于直徑大于對于直徑大于4.83mm的釘子，兩支撐的釘子，兩支撐點(diǎn)的距離

15、為點(diǎn)的距離為11.5倍的釘直徑，由于本試驗中采用螺栓公稱直徑為倍的釘直徑，由于本試驗中采用螺栓公稱直徑為8mm，因此最小支撐距離為因此最小支撐距離為92mm，試驗根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)規(guī)格的需要最終確定為，試驗根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)規(guī)格的需要最終確定為100mm。試件編號螺栓直徑(mm)5%直徑偏移荷載(N)屈服彎矩(Nmm)有效截面模量(mm3)螺栓抗彎強(qiáng)度(N/mm2)螺栓平均抗彎強(qiáng)度(N/mm2)17.89425.6210640.5481.86129.98132.3827.66414.2310355.8474.91138.2437.8415.6510391.2679.09131.3947.72404.061

16、0101.5176.68131.7457.78409.8710246.7478.48130.57表表2.6 螺栓抗彎強(qiáng)度螺栓抗彎強(qiáng)度試驗所用的螺栓平均抗彎強(qiáng)度為試驗所用的螺栓平均抗彎強(qiáng)度為132.38N/mm2 3.1 引言 3.2 梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗 3.3 試驗結(jié)果與分析 3.4 本章小結(jié)第三章 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能研究3.2.1試件設(shè)計節(jié)點(diǎn)試驗參照木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50005-2003)、木結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊(第三版)及相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試件設(shè)計。柱截面尺寸為150mm150mm，梁截面尺寸為75mm150mm。本次共設(shè)計一種植筋節(jié)點(diǎn)形式和兩種螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)形式。 3.2 梁柱節(jié)點(diǎn)受力性

17、能試驗圖圖3.2 J1試件立面圖試件立面圖 圖圖3.3 J1試件梁截面圖試件梁截面圖 圖圖3.5 J2試件立面圖試件立面圖 圖圖3.6 J2試件鋼填板軸測圖試件鋼填板軸測圖圖圖3.7 J3試件立面試件立面圖圖 圖圖3.8 J3試件鋼填板軸測圖試件鋼填板軸測圖3.2.2試件制備 旋切板膠合木梁柱植筋節(jié)點(diǎn)構(gòu)件制備的工藝流程主要是：施工準(zhǔn)備旋切板膠合木梁柱植筋節(jié)點(diǎn)構(gòu)件制備的工藝流程主要是：施工準(zhǔn)備測量放線測量放線成孔成孔清孔清孔拉結(jié)筋清理拉結(jié)筋清理注膠植筋注膠植筋成品養(yǎng)護(hù)。成品養(yǎng)護(hù)。圖圖3.9 臺式鉆床臺式鉆床圖圖3.10 柱取孔柱取孔圖圖3.11 梁取孔梁取孔圖圖3.12 梁取孔完成梁取孔完成旋切

18、板膠合木梁柱鋼填板節(jié)點(diǎn)試件的制備工藝流程為：施工準(zhǔn)備旋切板膠合木梁柱鋼填板節(jié)點(diǎn)試件的制備工藝流程為：施工準(zhǔn)備測測量放線量放線梁開槽梁開槽鉆孔鉆孔清孔清孔鋼板焊接鋼板焊接將鋼填板、螺栓、木構(gòu)件將鋼填板、螺栓、木構(gòu)件組裝成試驗構(gòu)件。組裝成試驗構(gòu)件。圖圖3.17 梁成孔梁成孔圖圖3.16 梁開槽梁開槽圖圖3.19 螺栓螺栓鋼填板鋼填板節(jié)點(diǎn)組裝節(jié)點(diǎn)組裝3.2.3 試驗儀器試驗儀器圖圖3.20 電液伺服作動器標(biāo)牌電液伺服作動器標(biāo)牌圖圖3.21 手持式液壓千斤手持式液壓千斤頂頂圖圖3.22 TS3860靜態(tài)電阻應(yīng)變靜態(tài)電阻應(yīng)變儀儀圖圖3.23 YHD-50型位移傳感器型位移傳感器3.2.4 試驗加載裝置試

19、驗加載裝置作動器刀鉸千斤頂鋼板反力架剛性地面反力架反力墻圖圖3.24 加載裝置示意圖加載裝置示意圖圖圖3.25 加載裝置圖加載裝置圖3.2.5 試驗加載方案試驗加載方案 單調(diào)加載試驗單調(diào)加載試驗采用采用勻速位移控制勻速位移控制加載方式加載方式, ,以以7.5mm/min7.5mm/min的速度進(jìn)行加載，當(dāng)試件完的速度進(jìn)行加載，當(dāng)試件完全失去承載能力或者試件破壞嚴(yán)重時終止試驗。全失去承載能力或者試件破壞嚴(yán)重時終止試驗。低周反復(fù)試驗加載制度共分兩個階段，采用分級加載:第一階段加載以控制位移為極限位移的1.25%、2.5%、5%、7.5%、10%的三角波依次進(jìn)行一次循環(huán)加載。第二階段則以極限位移的2

20、0%、40%、60%、80%、100%和120%的為控制位移的三角波依次進(jìn)行三次循環(huán)加載。圖圖3.27 反復(fù)荷載加載曲線反復(fù)荷載加載曲線3.2.6 量測內(nèi)容及測點(diǎn)布置量測內(nèi)容及測點(diǎn)布置木柱木梁位移計圖圖3.28 測點(diǎn)布置示意圖測點(diǎn)布置示意圖圖3.29 測點(diǎn)布置圖3.3.1 單調(diào)加載試驗現(xiàn)象3.3試驗結(jié)果與分析(a)鋼筋屈服鋼筋屈服(b)木材擠壓劈裂J1試件：(a)梁柱分離(b)節(jié)點(diǎn)處木材劈裂(c)(c)螺桿屈服螺桿屈服J2試件：J3試件：(a)木梁與鋼板產(chǎn)生錯動木梁與鋼板產(chǎn)生錯動(b)節(jié)點(diǎn)處木材劈裂試件水平位移（mm）試驗現(xiàn)象描述J1節(jié)點(diǎn)16節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)輕微聲響42聲響由頻繁變得連續(xù)，荷載持續(xù)增大

21、80隨著位移的增大，荷載趨于穩(wěn)定，節(jié)點(diǎn)處木材擠壓開裂88荷載開始下降J2節(jié)點(diǎn)36節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)間斷的輕微聲響52聲響變得連續(xù)70節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)一聲劇烈聲響，節(jié)點(diǎn)處鋼板與梁產(chǎn)生錯動80梁柱出現(xiàn)分離，梁端翹起明顯92隨著位移增大，荷載開始下降J3節(jié)點(diǎn)22節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)間斷的輕微聲響46聲響變大并持續(xù)不斷62節(jié)點(diǎn)處鋼板與梁端開始出現(xiàn)錯動82隨著位移的增大，荷載趨于穩(wěn)定88荷載達(dá)到最大值，隨后荷載開始下降3.3.2 單調(diào)加載試驗結(jié)果與分析單調(diào)加載試驗結(jié)果與分析(a)J1(a)J1試件荷載試件荷載位移曲線位移曲線(b) J2(b) J2試件荷載試件荷載位移曲線位移曲線(c) J3(c) J3試件荷載試件荷載位移曲線位移曲

22、線 各個節(jié)點(diǎn)在各個節(jié)點(diǎn)在加載初期加載初期，荷載隨著位移的增大基本上呈，荷載隨著位移的增大基本上呈線性增大線性增大，整個試，整個試件處于彈性受力狀態(tài)，當(dāng)荷載件處于彈性受力狀態(tài)，當(dāng)荷載超過比例極限超過比例極限之后，曲線的之后，曲線的斜率有著不同程斜率有著不同程度的變化度的變化，直至試驗終止。，直至試驗終止。 植筋節(jié)點(diǎn)植筋節(jié)點(diǎn)相對于螺栓相對于螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)而言鋼填板節(jié)點(diǎn)而言, ,試件的試件的最大承載力最大承載力偏低，螺栓偏低，螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)在鋼填板節(jié)點(diǎn)在鋼板與梁發(fā)生錯動的瞬間承載力均突然減小鋼板與梁發(fā)生錯動的瞬間承載力均突然減小而后繼續(xù)上升的而后繼續(xù)上升的現(xiàn)象，另外在同樣螺栓個數(shù)為現(xiàn)象，另外在同樣螺

23、栓個數(shù)為6個的情況下，個的情況下，J2試件的承載力要高于試件的承載力要高于J3試試件，充分體現(xiàn)出了螺栓的排列方式對整個節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。件，充分體現(xiàn)出了螺栓的排列方式對整個節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。節(jié)點(diǎn)承載力確定節(jié)點(diǎn)承載力確定試件屈服荷載(KN)屈服位移(mm)極限荷載(KN)極限位移(mm)破壞荷載(KN)J15.592511.26929.57J29.133914.298412.15J37.864512.398910.53表表3.2 各試件承載力各試件承載力過原點(diǎn)過原點(diǎn)作單向加載試驗荷載作單向加載試驗荷載位移位移曲線的曲線的切線切線，其，其與最高荷載點(diǎn)的水平與最高荷載點(diǎn)的水平線的交點(diǎn)線的交點(diǎn)所對

24、應(yīng)的位移定義為所對應(yīng)的位移定義為屈服位屈服位移移，并由該點(diǎn)作垂線與荷載，并由該點(diǎn)作垂線與荷載位移位移曲線相交的點(diǎn)對應(yīng)的荷載為曲線相交的點(diǎn)對應(yīng)的荷載為屈服荷載屈服荷載，定義荷載定義荷載位移曲線的位移曲線的最高點(diǎn)最高點(diǎn)對應(yīng)對應(yīng)的荷載和位移分別為的荷載和位移分別為極限荷載和極限極限荷載和極限位移位移，定義，定義極限荷載的極限荷載的85%對應(yīng)的荷對應(yīng)的荷載為載為破壞荷載破壞荷載，其相應(yīng)的位移為節(jié)點(diǎn)，其相應(yīng)的位移為節(jié)點(diǎn)的有效極限位移的有效極限位移3.3.3 低周反復(fù)加載試驗現(xiàn)象低周反復(fù)加載試驗現(xiàn)象(a)(a)孔徑處木材破壞孔徑處木材破壞(b)(b)鋼筋屈服鋼筋屈服圖圖3.34 J1試件低周反復(fù)加載試驗破

25、壞現(xiàn)象試件低周反復(fù)加載試驗破壞現(xiàn)象(a)節(jié)點(diǎn)劈裂節(jié)點(diǎn)劈裂(c)鋼填板與木材錯動(b)梁順紋劈裂(d)螺栓受彎破壞圖圖3.36 J2、J3試件低周反試件低周反復(fù)加載試驗破壞現(xiàn)象復(fù)加載試驗破壞現(xiàn)象試件水平位移（mm）試驗現(xiàn)象描述J117第二次循環(huán)時節(jié)點(diǎn)開始出現(xiàn)間斷的輕微響聲51節(jié)點(diǎn)響聲逐步變大，且變得連續(xù)72節(jié)點(diǎn)處木材出現(xiàn)擠壓劈裂裂縫85第一個循環(huán)時荷載達(dá)到最大值100梁端翹起達(dá)到最大值J228節(jié)點(diǎn)開始出現(xiàn)間斷的輕微響聲60響聲變大且變得連續(xù)68梁端鋼填板與木材開始產(chǎn)生錯動80節(jié)點(diǎn)處開始產(chǎn)生劈裂裂縫，梁側(cè)出現(xiàn)順紋裂縫85第一個循環(huán)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)第一次劇烈聲響100第一個循環(huán)出現(xiàn)兩聲劇烈聲響J322節(jié)點(diǎn)開

26、始產(chǎn)生間斷的輕微響聲49響聲持續(xù)增大且變得連續(xù)60梁端鋼填板與木材開始產(chǎn)生錯動，節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)劈裂裂縫85第一個循環(huán)荷載出現(xiàn)最大值，第二個循環(huán)產(chǎn)生劇烈響聲100荷載下降，梁端翹起達(dá)到最大值3.3.4 滯回曲線滯回曲線(a) J1(a) J1試件滯回曲線試件滯回曲線(b) J2(b) J2試件滯回曲線試件滯回曲線(c) J3(c) J3試件滯回曲線試件滯回曲線由滯回曲線可以得出：由滯回曲線可以得出：植筋節(jié)點(diǎn)的滯回曲線為的植筋節(jié)點(diǎn)的滯回曲線為的“反反S型型”, ,螺栓連接節(jié)點(diǎn)的滯回曲線均表現(xiàn)螺栓連接節(jié)點(diǎn)的滯回曲線均表現(xiàn)出明顯的捏縮效應(yīng)，即為出明顯的捏縮效應(yīng)，即為“Z Z型型”節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)明顯的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)明顯

27、的強(qiáng)度退化強(qiáng)度退化現(xiàn)象，控制位移相同的條件下，后次循環(huán)加現(xiàn)象，控制位移相同的條件下，后次循環(huán)加載時的承載力及剛度均明顯低于前一次載時的承載力及剛度均明顯低于前一次對比三個試件的滯回曲線可知，對比三個試件的滯回曲線可知，J1J1試件試件的滯回環(huán)面積最大，的滯回環(huán)面積最大，曲線最飽曲線最飽滿，耗能性能最佳，但最大承載力最小滿，耗能性能最佳，但最大承載力最小。對比。對比J2J2試件和試件和J3J3試件的滯回試件的滯回曲線可得出，兩個曲線可得出，兩個螺栓螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)試件的滯回曲線的形狀類似鋼填板節(jié)點(diǎn)試件的滯回曲線的形狀類似，由，由于螺栓布置方式不同，兩試件滯回曲線的峰值和滯回環(huán)面積有一定差于螺栓布置

28、方式不同，兩試件滯回曲線的峰值和滯回環(huán)面積有一定差異，異，J2J2節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)試件的滯回曲線峰值普遍比試件的滯回曲線峰值普遍比J3J3更高，滯回曲線也更加飽滿，更高，滯回曲線也更加飽滿，耗能能力更強(qiáng)，體現(xiàn)出此種排列方式的耗能能力更強(qiáng)，體現(xiàn)出此種排列方式的優(yōu)勢優(yōu)勢。3.3.5 骨架曲線骨架曲線(a) J1(a) J1試件骨架曲線試件骨架曲線(a) J2(a) J2試件骨架曲線試件骨架曲線(a) J3(a) J3試件骨架曲線試件骨架曲線(d) (d) 不同試件骨架曲線對比圖不同試件骨架曲線對比圖 從三者的骨架曲線對比圖可知，從三者的骨架曲線對比圖可知，植筋節(jié)點(diǎn)加載初期荷載增長較快植筋節(jié)點(diǎn)加載初期荷載增

29、長較快，即，即節(jié)點(diǎn)初始剛度要大于螺栓節(jié)點(diǎn)初始剛度要大于螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)，而植筋節(jié)點(diǎn)后期荷載增長速度鋼填板節(jié)點(diǎn)，而植筋節(jié)點(diǎn)后期荷載增長速度減緩，減緩，最大承載力比兩種螺栓最大承載力比兩種螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)都小鋼填板節(jié)點(diǎn)都小。從不同螺栓。從不同螺栓鋼填板鋼填板節(jié)點(diǎn)試件骨架曲線對比圖中可以看出，當(dāng)螺栓個數(shù)均為節(jié)點(diǎn)試件骨架曲線對比圖中可以看出，當(dāng)螺栓個數(shù)均為6個時，個時，J2J2節(jié)點(diǎn)試節(jié)點(diǎn)試件的承載力、屈服強(qiáng)化段的剛度都比件的承載力、屈服強(qiáng)化段的剛度都比J3J3節(jié)點(diǎn)構(gòu)件有所提高。節(jié)點(diǎn)構(gòu)件有所提高。3.3.7強(qiáng)度退化率強(qiáng)度退化率試件編號位移幅值/mm1734516885100J10.960.920.950.9

30、10.860.85J20.970.940.900.940.920.88J30.950.940.940.940.910.87表表 3.3節(jié)點(diǎn)正向強(qiáng)度退化幅度節(jié)點(diǎn)正向強(qiáng)度退化幅度圖圖3.41 各試件節(jié)點(diǎn)正向強(qiáng)度退化幅度各試件節(jié)點(diǎn)正向強(qiáng)度退化幅度 強(qiáng)度退化是指在強(qiáng)度退化是指在控制位移不變控制位移不變的條件下，節(jié)點(diǎn)的的條件下，節(jié)點(diǎn)的水平荷載水平荷載或彎矩隨著或彎矩隨著荷載荷載循環(huán)往復(fù)次數(shù)的增加而減小循環(huán)往復(fù)次數(shù)的增加而減小的現(xiàn)象。強(qiáng)度退化在很大程度上影響了的現(xiàn)象。強(qiáng)度退化在很大程度上影響了節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。強(qiáng)度退化的程度決定了構(gòu)件或整個結(jié)構(gòu)承受荷載后繼節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。強(qiáng)度退化的程度決定了構(gòu)件或整個結(jié)構(gòu)承

31、受荷載后繼續(xù)抵抗荷載的能力，續(xù)抵抗荷載的能力，強(qiáng)度退化越快，其能力越差強(qiáng)度退化越快，其能力越差。試件編號位移幅值/mm1734516885100J10.920.920.940.890.860.87J20.930.930.900.930.920.89J30.930.910.950.900.920.89表表 3.4 節(jié)點(diǎn)反向強(qiáng)度退化幅度節(jié)點(diǎn)反向強(qiáng)度退化幅度圖圖3.42 各試件節(jié)點(diǎn)反向強(qiáng)度退化幅度各試件節(jié)點(diǎn)反向強(qiáng)度退化幅度在控制位移較大時，植筋節(jié)點(diǎn)在控制位移較大時，植筋節(jié)點(diǎn)正向強(qiáng)度正向強(qiáng)度的退化幅度明顯的退化幅度明顯大于大于另外兩種螺另外兩種螺栓栓鋼填板節(jié)點(diǎn)，兩種螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)，兩種螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)在

32、試驗過程中正向強(qiáng)度退化的鋼填板節(jié)點(diǎn)在試驗過程中正向強(qiáng)度退化的趨勢基本相同，在受荷初期退化率有一定差異，在趨勢基本相同，在受荷初期退化率有一定差異，在受荷的后期基本保持受荷的后期基本保持一致。一致。植筋節(jié)點(diǎn)在試驗的后期，反向強(qiáng)度的退化幅度明顯大于螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)，兩種螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)在試驗前期在受荷的前期反向強(qiáng)度退化趨勢相差較大，而后期基本保持一致。3.3.8剛度退化剛度退化試件編號位移幅值/mm468.51734516885100J10.30.3040.3080.2890.1980.1640.1450.1250.106J20.2840.2470.2480.2290.1930.1870.1830.1

33、640.138J30.2420.240.220.1920.1670.1640.1550.1390.118表表3.5 不同位移幅值下各節(jié)點(diǎn)剛度 剛度退化是指剛度退化是指剛度隨循環(huán)次數(shù)和位移幅值的增大而減小的現(xiàn)象剛度隨循環(huán)次數(shù)和位移幅值的增大而減小的現(xiàn)象。剛度。剛度退化是節(jié)點(diǎn)損傷不斷積累的體現(xiàn)。在低周反復(fù)荷載的作用下，節(jié)點(diǎn)的剛退化是節(jié)點(diǎn)損傷不斷積累的體現(xiàn)。在低周反復(fù)荷載的作用下，節(jié)點(diǎn)的剛度可用度可用割線剛度割線剛度K來表示，其算法如下：來表示，其算法如下：ii+=+iiiPPK 式中：式中：Pi為第為第i次峰點(diǎn)荷載，次峰點(diǎn)荷載， i為第為第i次峰點(diǎn)水平位移次峰點(diǎn)水平位移圖圖3.43 各試件節(jié)點(diǎn)剛度

34、各試件節(jié)點(diǎn)剛度 隨著加載位移的逐漸增加，各組試件均表現(xiàn)出隨著加載位移的逐漸增加，各組試件均表現(xiàn)出明顯的剛度退化現(xiàn)象明顯的剛度退化現(xiàn)象，并且，并且 后期退化的趨勢相似。后期退化的趨勢相似。 J1節(jié)點(diǎn)初始剛度最大，節(jié)點(diǎn)初始剛度最大，J3初始剛度最小初始剛度最小。J1試件的剛度最初為快速上升試件的剛度最初為快速上升段，后開始緩慢下降，而后是急劇下降段，而后又開始緩慢下降直至試驗結(jié)段，后開始緩慢下降，而后是急劇下降段，而后又開始緩慢下降直至試驗結(jié)束，與另外兩種節(jié)點(diǎn)試件有明顯差異，束，與另外兩種節(jié)點(diǎn)試件有明顯差異，J2和和J3試件的剛度曲線類似，但總體試件的剛度曲線類似，但總體來說，來說，J3試件的剛度

35、略小于試件的剛度略小于J2試件。試件。3.3.9耗能能力耗能能力對結(jié)構(gòu)的對結(jié)構(gòu)的抗震性能抗震性能進(jìn)行評價時，其耗能能力是一個重要指標(biāo)，倘若結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價時，其耗能能力是一個重要指標(biāo)，倘若結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求的條件下，具備很好的耗能性能，則可在地震過程中將結(jié)滿足強(qiáng)度要求的條件下，具備很好的耗能性能，則可在地震過程中將結(jié)構(gòu)所吸收的很大一部分能量消耗掉，從而確保結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)嚴(yán)重破壞。構(gòu)所吸收的很大一部分能量消耗掉，從而確保結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)嚴(yán)重破壞。結(jié)構(gòu)的耗能能力通常用結(jié)構(gòu)的耗能能力通常用等效粘滯阻尼系數(shù)等效粘滯阻尼系數(shù)hc來衡量：來衡量：12ABCCDAcOBEODFSShSS圖圖3.44 等效粘滯阻尼系

36、數(shù)計算圖等效粘滯阻尼系數(shù)計算圖用面積用面積ABCD表示；滯回曲線一表示；滯回曲線一周所耗散的能量周所耗散的能量面積面積OBE代表設(shè)想的彈性直線代表設(shè)想的彈性直線OB在達(dá)到相同位移在達(dá)到相同位移(OE)時所包時所包圍的面積圍的面積(即吸收的能量即吸收的能量)曲線曲線ABC與三角形面積與三角形面積OBE之比之比表示耗散能量與等效彈性體產(chǎn)生表示耗散能量與等效彈性體產(chǎn)生相同位移時輸入的能量之比。相同位移時輸入的能量之比。試件編號位移幅值mm)20%u40%u60%u80%u100%u120%uJ10.0330.0570.0610.0760.0920.107J20.1440.1540.1160.1090

37、.1050.103J30.0850.0910.0820.080.0790.074表表3.6 各節(jié)點(diǎn)等效粘滯阻尼系數(shù)各節(jié)點(diǎn)等效粘滯阻尼系數(shù)圖圖3.45 各試件等效粘滯阻尼系數(shù)各試件等效粘滯阻尼系數(shù) 從節(jié)點(diǎn)耗能情況分析來看，從節(jié)點(diǎn)耗能情況分析來看，植筋節(jié)點(diǎn)植筋節(jié)點(diǎn)的等效粘滯阻尼系數(shù)呈現(xiàn)出的等效粘滯阻尼系數(shù)呈現(xiàn)出不斷不斷增大增大的變化趨勢，而的變化趨勢，而螺栓連接節(jié)點(diǎn)螺栓連接節(jié)點(diǎn)的等效粘滯阻尼系數(shù)呈現(xiàn)出一個的等效粘滯阻尼系數(shù)呈現(xiàn)出一個先增先增大后減小大后減小的變化趨勢規(guī)律。的變化趨勢規(guī)律。在加載初期在加載初期，螺栓連接節(jié)點(diǎn)螺栓連接節(jié)點(diǎn)的等效粘滯阻尼的等效粘滯阻尼系數(shù)均系數(shù)均大于大于植筋節(jié)點(diǎn)的，隨著試

38、驗的進(jìn)行，植筋節(jié)點(diǎn)的，隨著試驗的進(jìn)行，植筋節(jié)點(diǎn)植筋節(jié)點(diǎn)的耗能作用逐漸增的耗能作用逐漸增強(qiáng)，最終強(qiáng)，最終高于兩種螺栓連接節(jié)點(diǎn)高于兩種螺栓連接節(jié)點(diǎn)。 4.1 植筋節(jié)點(diǎn)承載力理論分析 4.2 螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)承載力理論分析 4.3 本章小結(jié)第四章 梁柱節(jié)點(diǎn)承載力理論分析植筋節(jié)點(diǎn)抗彎承載力分析：植筋節(jié)點(diǎn)抗彎承載力分析：hw,ttaabtxT1T2T3Ms,yw,c23w,c圖圖4.5 抗彎計算模型抗彎計算模型假定：假定：(1)LVL和鋼筋滿足理想彈塑性；和鋼筋滿足理想彈塑性； (2)受彎時應(yīng)變分布均滿足平截面假定；受彎時應(yīng)變分布均滿足平截面假定； (3)節(jié)點(diǎn)屈服破壞源自側(cè)邊受拉鋼筋屈服，節(jié)點(diǎn)屈服破壞源自

39、側(cè)邊受拉鋼筋屈服，LVL中不存在拉力作用。中不存在拉力作用。hw,ttaabtxT1T2T3Ms,yw,c23w,c構(gòu)件破壞主要源于鋼筋屈服構(gòu)件破壞主要源于鋼筋屈服 由力的平衡條件可知：由力的平衡條件可知：對受壓鋼筋取矩：對受壓鋼筋取矩：xbTTbaxhTcwtw,32,12121322132122,21axhaxbaxhxaxbtahTahTMtwcw由應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得方程組由應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系得方程組xahaxxahtxahxahxysysyscw,3,2,yswtwyswcwyssyssEEaxhxEaxhaxEaxhtxah,3,2式中：式中：T Ti i第第i排鋼筋的合力，排鋼筋的合力，N；

40、 A Asisi第第i排鋼筋的面積，排鋼筋的面積，mm2 2； h h梁的高度，梁的高度，mm； b b梁的寬度，梁的寬度，mm； x x梁的受壓區(qū)高度，梁的受壓區(qū)高度，mm； a a鋼筋端距，鋼筋端距，mm； t t鋼筋間距，鋼筋間距，mm； s,y鋼筋受拉屈服應(yīng)變；鋼筋受拉屈服應(yīng)變； E Es s鋼筋彈性模量，鋼筋彈性模量，MPaMPa； E Ew wLVLLVL彈性模量，彈性模量，MPaMPa；根據(jù)上述節(jié)點(diǎn)抗彎承載力理論計算公式并結(jié)合材性試驗數(shù)據(jù)，可以得出根據(jù)上述節(jié)點(diǎn)抗彎承載力理論計算公式并結(jié)合材性試驗數(shù)據(jù)，可以得出J1試件節(jié)點(diǎn)抗彎承載力試件節(jié)點(diǎn)抗彎承載力屈服彎矩屈服彎矩MC C為為7.

41、66KN.m，而節(jié)點(diǎn)試驗中得出的結(jié)，而節(jié)點(diǎn)試驗中得出的結(jié)果果MT T為為7.28KN.m，MT T/ /MC C=0.95=0.95，兩者結(jié)果相差，兩者結(jié)果相差5%，主要原因是在實際，主要原因是在實際過程中，植筋節(jié)點(diǎn)的抗彎作用是旋切板膠合木、鋼筋和膠層相互作用的結(jié)過程中，植筋節(jié)點(diǎn)的抗彎作用是旋切板膠合木、鋼筋和膠層相互作用的結(jié)果，其實際受力過程較為復(fù)雜，而理論分析時存在諸多簡化過程，與節(jié)點(diǎn)果，其實際受力過程較為復(fù)雜，而理論分析時存在諸多簡化過程，與節(jié)點(diǎn)試驗中其實際受力狀態(tài)存在差異。試驗中其實際受力狀態(tài)存在差異。4.2 螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)承載力理論分析4.2.1 螺栓螺栓鋼填板節(jié)點(diǎn)計算模型鋼填板節(jié)點(diǎn)

42、計算模型eyeteyeyetteyefdtdtffdtfdtffdtdtfFf463. 1816. 0f463. 1f434. 006. 0581. 0093. 0f434. 0min11yeyetafeyeyteafeyefdtdtfKfdtfdtfKfdtdtfFf633. 1816. 0f633. 1f577. 0322f577. 0min12u式中：式中：Fy單個螺栓連接節(jié)點(diǎn)下每一剪切面的屈服荷載，單個螺栓連接節(jié)點(diǎn)下每一剪切面的屈服荷載，N； Fu單個螺栓連接節(jié)點(diǎn)下每一剪切面的極限承載力，單個螺栓連接節(jié)點(diǎn)下每一剪切面的極限承載力，N； fe木材銷槽承壓強(qiáng)度，N/mm2； fy螺栓的屈服

43、強(qiáng)度，N/mm2； Kaf考慮螺栓中軸向力作用的系數(shù)，取為1.12； d螺栓的螺栓直徑，mm； t木材-鋼填板螺栓連接節(jié)點(diǎn)的連接特征系數(shù)，其大小考慮了鋼材的塑性利用系數(shù)； t側(cè)材厚度，mm許多學(xué)者對于螺栓許多學(xué)者對于螺栓鋼填板鋼填板這一連接形式下節(jié)點(diǎn)的這一連接形式下節(jié)點(diǎn)的屈服屈服承載力和極限承載力承載力和極限承載力進(jìn)行了進(jìn)行了大量的試驗和理論研究大量的試驗和理論研究有些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)承載力的大小與側(cè)材厚度和螺栓直徑之比以及螺栓抗彎強(qiáng)度和木材銷槽承壓強(qiáng)度之比這兩個比值有關(guān)試件屈服彎矩(kNm)極限彎矩(kNm)理論值試驗值理論值試驗值J28.0411.8614.4315.53J37.610.

44、2612.3713.63表表4.1 試驗承載力理論計算值與實測值的比較試驗承載力理論計算值與實測值的比較對于預(yù)測連接節(jié)點(diǎn)側(cè)向承載能力，對于預(yù)測連接節(jié)點(diǎn)側(cè)向承載能力，JohansenJohansen屈服模式也即歐洲屈服模式得到屈服模式也即歐洲屈服模式得到廣泛認(rèn)可，它是建立理論計算公式的基礎(chǔ)：廣泛認(rèn)可，它是建立理論計算公式的基礎(chǔ)：dfMdtfMdtfdtfFkhykhykhkhu021010103 . 2142min式中：式中：t1外邊緣鋼板距木構(gòu)件邊緣的距離外邊緣鋼板距木構(gòu)件邊緣的距離 fh0k銷槽承壓強(qiáng)度；銷槽承壓強(qiáng)度； d鋼銷直徑；鋼銷直徑； My鋼銷的屈服彎矩鋼銷的屈服彎矩.將此次試驗中設(shè)

45、計的兩種螺栓將此次試驗中設(shè)計的兩種螺栓鋼填板連接形式的相關(guān)參數(shù)代入上鋼填板連接形式的相關(guān)參數(shù)代入上述表達(dá)式，可得述表達(dá)式，可得J2試件的極限彎矩為試件的極限彎矩為13.87kNm(試驗值試驗值15.53kNm)，J3試件的極限彎矩為試件的極限彎矩為12.02kNm(試驗值試驗值13.63kNm) 5.1 引言 5.2 ABAQUS軟件簡介 5.3 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)的有限元模擬 5.4 本章小結(jié)第五章 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)的有限元模擬與分析 5.3 LVL梁柱節(jié)點(diǎn)的有限元模擬5.3.1創(chuàng)建三維模型創(chuàng)建三維模型 創(chuàng)建部件創(chuàng)建部件 創(chuàng)建材料和截面屬性創(chuàng)建材料和截面屬性 定義裝配件定義裝配件 設(shè)置分析步設(shè)置分析步 定義相互作用定義相互作用 定義荷載和邊界條件定義荷載和邊界條件 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格5.3.2有限元模擬結(jié)果有限元模擬結(jié)果（1 1）應(yīng)力云圖、變形圖）應(yīng)力云圖、變形圖(a) J1試件位移圖試件位移圖( (b) J1試件鋼筋應(yīng)力分布圖(c) J2試件位移圖試件位移圖(d)