【摘要】：傳統(tǒng)木結構作為一種環(huán)保、可再生和可循環(huán)利用的自然資源,自古以來就廣泛應用于建筑結構中�，F(xiàn)代木結構這種新型綠色建筑材料,它不但克服了傳統(tǒng)木結構跨徑較小的天然缺陷,而且具有強重比高、抗震性好、保溫隔熱、綠色環(huán)保、和諧美觀以及適宜于快速裝配化施工等諸多優(yōu)點,而不斷向大跨、高層結構發(fā)展。為推廣國產(chǎn)東北落葉松膠合木在大跨橋梁和高層建筑等現(xiàn)代工程領域的應用,急需解決現(xiàn)代木結構構件的接長連接問題。為實現(xiàn)現(xiàn)代木結構構件長度的跨越,本文以國產(chǎn)東北落葉松膠合木-鋼夾板螺栓連接件為研究對象,采用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結合的方法對膠合木-鋼夾板螺栓連接的抗剪性能進行探討。主要研究工作包含以下幾個方面。(1)針對木結構中膠合木-鋼夾板螺栓連接的構造特點,考慮膠合木厚度與螺栓直徑之比(厚徑比)、螺栓間距及螺栓并列、錯列布置3個因素的影響,設計了 3類17組,共51個推出試件,并采用推出試驗方法對膠合木-鋼夾板螺栓連接件進行了縱向荷載作用下的抗剪性能試驗。探討了膠合木-鋼夾板螺栓連接剪切破壞模式、破壞機理及其抗剪性能的影響因素。(2)膠合木-鋼夾板螺栓連接件抗剪性能試驗結果表明:在膠合木-鋼夾板單螺栓連接中,隨厚徑比增大,螺栓連接的破壞模式逐漸由“螺栓剛直”向“單鉸”再向“雙鉸”轉化,最佳厚徑比為7.5。在多螺栓連接中,螺栓從上至下的彎曲程度呈遞減規(guī)律,且部分膠合木出現(xiàn)銷槽承壓破壞。螺栓布置間距越大,連接件的抗剪承載力也越大,而初始剛度卻越小。隨著螺栓布置列數(shù)的增加,連接件的膠合木由沿中間單列螺栓劈裂破壞向兩邊列螺栓劈裂破壞轉變,兩列布置構件的延性最佳。在螺栓數(shù)目相同時,螺栓錯列布置的抗剪承載力比并列布置的高,但并列布置的延性性能優(yōu)于錯列布置,而且試驗連接中件中螺栓和墊片的應力分布規(guī)律性很好。(3)以Johansen“屈服理論”與銷槽承壓理想彈塑性模型為基礎,結合現(xiàn)有木結構研究與規(guī)范,針對膠合木-鋼夾板螺栓連接的單剪和雙剪螺栓連接結構破壞模式,對單螺栓連接的承載力進行計算,推導出膠合木-鋼夾板螺栓連接的抗剪承載能力計算公式。并與中國、美國、歐洲、加拿大等各國木結構設計規(guī)范螺栓連接的抗剪承載能力計算公式的計算結果進行對比分析,找出各國規(guī)范計算公式的偏差以及產(chǎn)生偏差的原因,為膠合木-鋼夾板螺栓連接抗剪承載力的計算應怎么考慮各分項系數(shù)影響提供了思路和參考。(4)為驗證試驗結果的合理性,采用有限元數(shù)值模擬的方法對膠合木-鋼夾板螺栓連接的抗剪承載能力進行仿真分析。結果表明:不但膠合木-鋼夾板螺栓連接件抗剪承載力的有限元計算結果與試驗結果吻合良好,精度較高,而且各螺栓和墊片在極限狀態(tài)的應力和變形計算結果和試驗結果也基本一致。同時,是否設置螺栓墊片對連接件抗剪承載能力的影響較小,從而在膠合木-鋼夾板螺栓連接抗剪承載力的計算時可以不考慮螺栓墊片的有利作用,但在膠合木-鋼夾板螺栓連接的設計中還得必須作為構造要求設置螺栓墊片。(5)由并、錯列構件有限元計算結果表明:無論并列還是錯列方式,均是最上排螺栓孔應力和變形最大,隨著螺栓位置遠離直接受荷載端則螺栓孔應力也將依次減小,螺栓錯列布置的抗剪承載力比并列布置的高,但并列布置的延性性能優(yōu)于錯列布置等規(guī)律均與試驗一致。無論是單螺栓連接件還是多螺栓連接件的有限元計算結果均充分驗證了本文推出試驗的合理性,同時也驗證了有限元計算結果的可靠性。(6)針對現(xiàn)有木結構銷栓連接三維有限元模型的計算效率低、收斂性差等問題,提出一種有限元宏觀建模方法。并采用該方法對膠合木-鋼夾板連接件進行數(shù)值計算,結果表明該有限元宏觀建模方法在保證計算精度的前提下,大大降低了建模計算成本,提高了計算效率,為膠合木-鋼夾板螺栓連接的理論計算提供有用參考。(7)為拓展有限元宏觀模型的應用范圍,利用宏觀模型對木-混凝土組合結構中的螺栓連接進行計算分析,得出該有限元宏觀模型同樣既保證了一定的計算精度也大大提高了計算效率。實現(xiàn)了木結構螺栓連接節(jié)點性能的簡化有限元計算,為螺栓連接結構的數(shù)值計算帶來便利,同時為木結構連接中的多螺栓和群螺栓連接的計算分析提供了新思路和新方法。
【學位授予單位】：中南林業(yè)科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU398.9
【圖文】：

而設計工作可將主要精力放在提高總體布置和裝修大樣的質量上。但是這逡逑樣使得單體建筑無法有更多的的變化。中國古代建筑雖然有完善的、十分成熟的體系逡逑（如圖１．２、圖１．３），但在技術發(fā)展和建筑類型上依然表現(xiàn)出因為長期處于封建制逡逑度所導致落后狀態(tài)及停滯狀態(tài)［３］。逡逑圖１．２北京故宮太和殿逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔａｉｈｅ邋Ｄｉａｎ，邋ｔｈｅ邋Ｉｍｐｅｒｉａｌ邋Ｐａｌａｃｅ，邋Ｂｅｉｊｉｎｇ逡逑到１６？１８世紀末，隨著外國傳教士在中國大陸建立教堂，西方的技藝開始傳進逡逑大陸，但數(shù)量非常少，并未對我國木結構建筑產(chǎn)生巨大的影響。真正的中國近代建筑逡逑發(fā)展是隨著外國的入侵活動，被動的輸入大量的西方建筑類型和技藝開始的。對比國逡逑外新的結構形式，我國傳統(tǒng)木結構的用料比較多，并且跨度依照木材的大小來設定，逡逑因此木結構形式對于近代社會的發(fā)展顯得捉襟見肘。因此，在大城市的發(fā)展過程中，逡逑中國傳統(tǒng)木結構逐漸開始被磚墻承載木桁架體系、鋼筋混凝土體系、鋼結構體系等新逡逑時代的體系所替代。逡逑２逡逑

技術簡單、取材方便等優(yōu)點，因而被得到了廣泛的流傳ｍ。２０世紀初全國各地的辦公逡逑樓、工廠、住宅、學校，大部分都是采用這種結構形式，如上海匯中飯店，可達６逡逑層，就是米用磚木體系建造（如圖１．４）。逡逑ｉＳｉｙ逡逑＿｜邋＿逡逑圖１．４上海匯中飯店逡逑Ｆｉｇ邋１．４邋Ｓｈａｎｇｈａｉ邋Ｈｕｉ邋Ｚｈｏｎｇ邋Ｈｏｔｅｌ逡逑３逡逑

逡逑圖１．３明長陵棱恩殿逡逑Ｆｉｇｌ．３邋Ｔｈｅ邋ｈａｌｌ邋ｏｆ邋Ｍｉｎｇ邋Ｃｈａｎｇｌｉｎｇ逡逑在１９世紀中期之后，磚木結構在我國有了很大發(fā)展。主要特點是里面采用木柱逡逑承重、兩坡頂木屋架，外面采用使用磚石做的承重墻，并使用比較多的拱券。此結構逡逑相比傳統(tǒng)的木結構體系具有足夠的優(yōu)越性，但仍然使用的是傳統(tǒng)木結構建筑材料，砌逡逑筑磚石墻，木屋架的制作同樣是采用傳統(tǒng)的技藝。但是由于其具有結構具有合理性、逡逑技術簡單、取材方便等優(yōu)點，因而被得到了廣泛的流傳ｍ。２０世紀初全國各地的辦公逡逑樓、工廠、住宅、學校，大部分都是采用這種結構形式，如上海匯中飯店，可達６逡逑層，就是米用磚木體系建造（如圖１．４）。逡逑ｉＳｉｙ逡逑＿｜邋＿逡逑圖１．４上海匯中飯店逡逑Ｆｉｇ

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