轻型木结构中钉节点试验研究

介绍了轻型木框架剪力墙结构中面板与木框架钉节点的试验研究,按照ASTM-F1575-03标准对两种不同型号的中国钉子各做了10个试件的抗弯试验;并按照ASTM-F1676-03标准进行了两组各10个试件的单向拉伸荷载试验,一组荷载垂直于木材纹路方向,另一组荷载平行于木材纹路方向。通过试验发现,不同的钉子规格对钉节点性能的影响不是很大。在国外常用的指数型钉节点模型的基础上,建立了一种适用于中国钉子两个方向钉节点的修正模型,该模型为利用有限元软件分析轻型木框架剪力墙结构提供了面板与木框架钉节点连接性能的基础资料。     

轻型木结构钉节点低周反复试验研究

介绍了轻型木结构框架剪力墙结构中面板与木框架钉节点低周反复试验研究;对采用不同OSB面板厚度、不同钉边距、顺纹或横纹受力的10组共100个钉节点试件的破坏模式、滞回性能、承载力做了比较分析,得到以下结论:钉边距影响钉节点的破坏模式;钉边距增大有利于提高节点承载力与其耗能能力;顺纹受力试件承载力较横纹受力试件大,但耗能能力较差;增大OSB板厚可以提高节点的承载力与耗能能力。     

低周反复荷载作用下钉节点性能试验研究

介绍了轻型木结构框架剪力墙结构中的面板与木框架钉节点在低周反复荷载作用下的试验研究;对采用不同OSB面板厚度、不同钉边距、顺纹或横纹受力的10组共100个钉节点试件的承载力、破坏模式、延性、刚度退化、强度退化和耗能性能作了比较分析。得到以下结论:钉边距影响钉节点的破坏模式;钉边距和面板厚度的增大有利于提高节点承载力、耗能和变形能力;板厚对顺纹受力试件承载力及横纹受力试件承载力相对关系影响较大,顺纹受力试件的延性与耗能能力相对横纹受力试件较差;钉边距增大使强度退化的速率逐渐降低;各因素对刚度退化的影响可忽略。     

竹胶合覆面板轻型木结构剪力墙抗震性能研究

为了推广胶合竹材在轻型木结构等建筑结构中的运用,根据美国ASTM E2126-09墙体试验标准,进行了8片采用10 mm厚国产竹胶合板作为覆面板,分别采用51 mm长的圆射钉和51 mm长的钢排钉制作的2种轻型木结构框架剪力墙的单调加载及滞回加载试验,研究该类竹胶合板轻型木框架剪力墙的加工方法和抗震性能。试验结果表明,在采用两种相同长度但不同延性的国产射钉的情况下,该类型剪力墙单位长度承载力为5.2 kN/m和6.2 kN/m,在水平位移100 mm以前能够保持85%峰值荷载而稳定承载。墙体具有良好的承载力及延性,其力学性能可以满足目前国内外规范针对轻型木结构墙体提出的抗侧力设计要求。     

有翼缘和竖向荷载的带洞口木框架剪力墙的试验研究

轻型木结构房屋在我国尚处于发展阶段,木框架剪力墙试验的目的是为我国轻型木结构房屋的推广和规范的修订提供理论和试验依据。木框架剪力墙是轻型木结构房屋中的主要抗侧力构件,研究木剪力墙的力学性能和黏滞阻尼特性是木结构房屋整体分析的基础。通过6片2.4m高6.0m长的无墙角锚栓的传统木框架剪力墙的单向和反复荷载试验,研究了竖向荷载、翼缘墙体和洞口尺寸对剪力墙的抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、墙骨柱上拔和耗能等的影响。结果表明,作用于横墙上的竖向荷载可以显著地提高剪力墙的各项性能,作用于翼缘墙体上的竖向荷载可以降低端部墙骨柱的上拔和部分提高剪力墙的抗剪强度和耗能,洞口尺寸的变化主要影响到墙体的极限位移。试件的破坏形态主要是钉节点的破坏和端部墙骨柱的上拔。     

轻型木结构中覆面板钉连接承载性能试验研究

通过对222个采用中国产圆钢钉制作的轻型木结构覆面板钉连接试件进行单调加载试验,研究了它们的承载性能。试验结果表明,钉连接发生模式M-c1屈服、覆面板断裂、覆面板剪坏、规格材撕裂和钉子穿透等5种破坏;直钉连接的承载力比斜钉高,而两者刚度基本相同;覆面板主方向与规格材木纹夹角对钉连接承载力和刚度的影响很小;荷载方向与规格材木纹夹角影响钉连接的刚度,但不影响其承载力。通过与欧洲木结构设计规范钉连接计算公式的分析对比,获得了符合中国轻型木结构覆面板钉连接的刚度计算公式,为计算分析剪力墙和横隔(楼盖和屋盖)的抗侧力性能提供参考。     

国产材料木框架墙体抗剪性能研究

以进口OSB板、国产胶合板、国产花旗龙板为墙面板,进口SPF和国产杉木为墙骨,设计制作5组木框架墙体试件,通过静力单向荷载试验和低周循环荷载试验测试木框架墙体抗剪性能,研究了不同材料组合对木框架墙体抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、耗能的影响.结果表明：采用国产胶合板的墙体具有良好的抗剪性能,可应用于剪力墙制作,而采用国产花旗龙板的墙体其抗剪性能较差,建议在实践中仅作为强度储备;采用国产杉木墙骨柱的墙体其抗剪性能稍劣于采用SPF墙骨柱的墙体;与标准墙相比,采用国产杉木和国产胶合板制作的墙体其抗剪性能明显降低.     

不同覆面条件下木结构剪力墙钉节点性能研究

选用木结构建筑实际工程中的环纹钉、进口规格材、定向结构刨花板以及国产杨木结构胶合板,分别制作四组不同覆面材料、不同接触面积的木结构剪力墙钉连接单剪试件,采用单调加载方式进行试验研究。试验结果表明:同一材料条件下,受力面积越大,钉节点初期刚度越大、试件变形能力越强,但钉节点的承载力减小;在同一受力面积、不同覆面材料条件下,结构胶合板的钉节点承载力比定向结构刨花板的钉节点承载力大,而初期刚度和延性均较小;定向结构刨花板覆面试件的钉节点刚度退化比结构胶合板要大。     

木框架-夹板剪力墙组合结构抗侧力性能试验研究

为研究木框架-夹板剪力墙组合结构的抗侧力性能,对5榀木框架-夹板剪力墙试件、2榀纯框架试件和2片夹板剪力墙试件开展了低周反复加载试验,对比分析试件在往复荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、极限承载力、延性、刚度退化规律和耗能能力。研究结果表明,木框架-夹板剪力墙组合结构的抗侧力性能主要取决于内填夹板剪力墙的性能,其最终的破坏模式表现为共用墙骨柱因钉连接的失效而脱落。外侧梁柱框架对内填夹板剪力墙的约束作用能显著减小端部墙骨柱的上拔,可取消抗倾覆连接件的设置。木框架-夹板剪力墙组合结构的抗侧刚度和极限承载力约为木框架-常规轻木剪力墙组合结构的两倍,且在大变形情况下仍能持有70%峰值荷载的承载能力,有利于避免罕遇地震下的倾覆倒塌。     

木框架剪力墙受力性能的试验研究

木框架剪力墙是轻型木结构抵抗侧向荷载的重要构件,研究木框架剪力墙的抗侧力性能是研究轻型木结构抗侧力性能的关键。木框架剪力墙抗侧力性能试验研究时,与顶梁板相连的荷载传递梁刚度对木框架剪力墙的抗侧力性能以及破坏模式有直接影响,当木框架剪力墙墙端以及墙中洞口边未采用墙端锚栓时,这种影响更甚。本文采用荷载铰接传递梁、连续刚性荷载传递梁以及一种新型、位于顶梁板侧边的荷载传递梁对三片不同类型的足尺木框架剪力墙进行了单向、反复加载试验研究,其中一片为无洞口剪力墙、一片开门洞剪力墙、一片开窗洞剪力墙,重点研究其破坏形态、抗剪强度、极限位移、弹性抗侧刚度,并对三种荷载传递梁木框架剪力墙抗侧力试验结果进行了分析。     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。     

内填再生混凝土墙的柔性钢框架结构抗震性能试验研究

将再生粗骨料轻质墙板内填至柔性钢框架结构中,通过对4榀单层单跨1∶3缩尺试件的拟静力试验,分析了结构的破坏模式、承载力、延性及耗能能力,研究了节点刚度对结构性能的影响及再生混凝土墙板作为主要抗侧力构件的可行性,并对结构的内力分配进行了分析。研究结果表明：再生混凝土墙板在增加结构承载力和刚度的同时,能缓解梁柱节点的转动变形,改善节点受力;内置墙板后,结构的承载力提高140%,初始刚度提高330%~360%,位移延性系数为2.44～3.28,层间位移角为0.02rad时,承载力退化系数仍大于0.8,表明该结构具有较高的安全储备;同时,内填取代率100%再生骨料墙板的试件比普通混凝土墙板试件屈服荷载提高22%,而峰值荷载基本一致,表明墙板与柔性钢框架组合后结构的整体性能退化较小,可以作为主要抗侧力构件使用;结构中内填墙板承担的水平剪力较多时,钢框架承担的倾覆弯矩较少。     

基于无损检测的梁柱式木框架受火后剩余承载力研究

为利用无损检测评估木框架受火后剩余承载力,进行了两榀梁柱式木框架受火试验、阻抗仪无损检测试验以及火灾后剩余承载力试验研究,了解不同受火时间下木框架炭化速度、破坏形态和剩余承载力的变化规律,并采用ABAQUS软件对受火后木框架进行数值模拟分析,验证其极限承载力及破坏规律。研究结果表明：受火后木框架构件梁柱炭化速度相差不大,其炭化速度随受火时间的增大而减小;受火后木材材性参数与阻抗值存在一定的线性回归关系;考虑小试件强度转化为构件强度的影响因素后,受火后木框架构件材性参数亦可通过阻抗值获得;受火后木框架极限承载力明显降低,最终为梁跨中底部拉裂破坏;结合无损检测手段获得的受火后木框架构件材性参数,进行有限元模拟的结果与试验吻合,因此采用无损检测对受火后木框架剩余承载力评估是可行的。     

广府古建筑木结构箍头榫节点抗震性能研究

为研究广府古建筑木结构中广泛采用的箍头榫节点的抗震性能，以梁截面高度、柱直径、梁榫宽和柱顶轴压力为研究参数，设计制作了8个缩尺节点试件进行低周反复荷载试验，得到了不同研究参数下箍头榫节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力退化、刚度退化及能量耗散能力等。研究表明：各箍头榫节点试件转角达到0.1rad时，仍可维持稳定的承载状态，其承载力退化不明显，具有较好的承载性能以及良好的延性。试件的破坏形态包括柱内侧梁榫顶部(或底部)顺纹拉裂破坏、柱外侧梁榫竖向劈裂破坏和水平劈裂破坏；各节点的弯矩-转角滞回曲线均呈反Z形，且有明显的“捏缩”现象；在试验设计参数范围内，节点的转动刚度、极限弯矩和耗能能力均随着梁截面高度和柱直径的增大而增大，并随着梁榫宽的增大呈现出先增大后减小的趋势，一定范围内改变柱顶轴压力对试件抗震性能影响不大。采用有限元软件ABAQUS建立了箍头榫节点模型，并与试验进行了对比验证，结果表明该模型可较好地模拟反复荷载作用下的节点滞回性能。通过参数分析进一步研究了不同参数下箍头榫节点的弯矩-转角曲线，结果表明节点的屈服弯矩和极限弯矩基本与梁截面高度、柱直径大小呈线性正相关关系。     

矩形钢管柱-H形梁外加劲铸钢模块节点抗震性能试验研究

对矩形钢管柱-H形梁连接外加劲铸钢模块节点进行概念设计,并对该新型节点实施了循环往复加载的足尺试验,考虑了不同柱轴压比对节点抗震性能的影响。研究表明,提出的外加劲铸钢模块节点具有优良的延性、稳定高效的耗能能力、较大的承载力、合适的刚度,能充分利用节点域稳定剪切塑性耗能。经分析验证,现行节点域极限承载力公式经修正后可适用于外加劲铸钢模块节点;通过控制梁与节点域的相对强弱,可实现对节点屈服时序的控制。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明：各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18mm增加到24mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72~5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537~0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26~1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

锈蚀钢筋混凝土框架节点高温后抗震性能试验研究

为研究钢筋锈蚀对高温后钢筋混凝土框架节点承载力及抗震性能的影响,设计了4个钢筋混凝土框架梁-柱节点,通过快速氯离子试验使节点钢筋发生不同程度的锈蚀。对4个节点先后进行1h的火灾试验及低周反复荷载试验,获得节点各截面的温度场分布规律,研究了钢筋锈蚀率对火灾后节点承载能力、刚度、延性、耗能能力等的影响。试验结果表明：随着锈蚀率的增加,节点的承载能力、刚度、耗能能力显著降低;节点的延性整体呈下降趋势,但轻微锈蚀损伤使高温后节点延性略微增加;与未锈蚀节点相比,锈蚀钢筋混凝土节点的屈服荷载降幅为37.93%,极限荷载降幅为28.11%,核心区受剪承载力降幅为35.92%。考虑初始损伤及高温作用对混凝土材料性能的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。