木材非线性受力行为的表征方法研究进展

木材非线性受力行为的表征方法对木结构构件和节点受力行为的有限元分析具有至关重要的影响。为此,从木材失效行为的判别依据和材料本构模型两方面对该领域的研究进展进行了梳理总结。结果表明,已有的强度准则各有其局限,难以全面地反映木材复杂的失效行为。在数值模拟中常需要结合不同强度准则以提高预测模型的计算精度。弹塑性本构模型能够合理反映木材在压应力作用下的硬化行为,并且能够描述木材出现的残余变形,但该模型难以描述木材在拉应力和剪应力作用下的刚度退化和强度软化行为。弹性损伤理论可在一定程度上反映材料的软化行为和反复加载过程中的刚度退化行为,但该理论不能考虑材料的塑性变形。基于上述理论建立的黏聚区单元的初始刚度和相邻单元长度对计算结果具有显著的影响。三维弹塑性损伤模型已经被应用于木结构构件和螺栓连接节点的有限元分析中,此类模型能有效反映构件和节点区域木材的损伤演化规律。随机损伤本构模型和非局部化损伤模型是未来的发展趋势。     

基于摇摆与剪切抗侧协同工作机制的斗栱节点侧向荷载-位移模型

斗栱节点是传统木结构重要抗侧构件之一,在竖向和水平荷载作用下具有摇摆与剪切抗侧协同的工作机制。根据斗栱节点摇摆与剪切变形,基于斗栱节点的几何物理参数及木材力学性能参数,以及已有传统木结构抗侧构件荷载-位移骨架曲线表征方法,给出了斗栱节点在竖向荷载和水平荷载共同作用下抗侧弹性极限荷载点、峰值荷载点及其切线刚度的计算方法,从而建立了斗栱节点侧向荷载-位移关系的解析模型。基于单、双斗栱节点在不同竖向荷载作用下的水平低周反复加载试验结果,验证了模型预测结果的准确性。研究表明,斗栱节点侧向荷载-位移模型可以较好地反映在模型弹性段和上升段斗栱节点的工作状态,但对峰值荷载的估计偏于保守。     

基于CFD的某仿古木塔风压分布研究

随着计算机技术的发展,CFD模拟分析成为研究复杂建筑体型风压分布的方法之一。本文采用计算流体力学软件FLUENT中的RNG k-ε湍流模型研究了某传统楼阁式仿古高层纯木佛塔具有代表性的4种风向角下的风压分布,并与现行《建筑结构荷载规范》(GB50009)中的相关风压体型系数进行了对比分析。研究结果表明,在0°风向下,该仿古木塔受到最大的风荷载作用;在0°和45。风向下,该结构各楼层层间墙面带和檐顶带的风压体型系数均与规范中的常数取值不同,而是随着楼层呈现出一定的变化。同时,给出了整个仿古木塔最大负风压的分布范围和大小。研究结论对该类结构风荷载的计算具有一定的参考价值。     

重物高空坠落撞击多层钢筋混凝土楼板的仿真计算分析

本文针对重物高空坠落高速撞击钢筋混凝土楼（屋）盖时的结构损伤分析，根据弹塑性靶板理论以及动能守恒定理提出了一种计算板及周边梁中内力的简化手算算法。计算结果和现场实测资料吻合，说明该算法可以用于实际工程。     

层板胶合木梁柱钢填板-螺栓连接节点横纹受力性能试验研究

为研究层板胶合木梁柱钢填板-螺栓连接节点横纹受力性能，对6组20个足尺节点试件进行抗剪试验，获得了节点的受剪性能指标和特征曲线。结果表明：节点的破坏均表现为木材的横纹劈裂脆性破坏，且第一条贯穿裂缝基本出现在靠近加载侧的螺栓孔处；相比于加载边边距e2，非加载边边距e1对节点的力学性能影响更为显著，非加载边边距e1取30~70mm时节点的屈服荷载和弹性刚度的变化幅值分别达16.6%和60.8%。总体上，试验所得受剪承载力与理论公式计算的相差较大，但相对而言，由van der Put计算公式计算的受剪承载力与试验结果最为接近，且偏于保守。     

胶合木梁柱螺栓-钢填板节点转动性能研究

通过4组22个胶合木梁柱螺栓-钢填板足尺节点试件的单调和低周反复加载试验以及有限元数值模拟研究梁柱螺栓-钢填板节点的转动性能。试验研究表明,胶合木梁柱螺栓-钢填板节点性能主要取决于螺栓和螺孔周边木材的承压能力;节点加载初期的螺孔间隙和加载后期木材横纹裂缝张开均会导致节点刚度显著下降;同等条件下,节点初始刚度和极限弯矩随螺栓直径的减小而减小,节点初始刚度随螺栓边距的增加而减小。对试件进行有限元分析结果表明,基于有限元分析软件建立的节点三维实体模型对于节点的初始刚度和极限弯矩有较好的模拟精度(误差20%以内)。此外,模型参数分析表明,在更大取值范围内(螺栓直径12~28 mm,螺栓边距30~70 mm),螺栓直径和边距对节点性能的影响与试验结果一致。     

自攻螺丝修复纵向开裂木柱试验研究

通过对6组共30根木柱开展足尺轴压和偏压试验,研究沿垂直木材裂缝方向打入的新型自攻螺丝对纵向开裂木柱抗压承载力的修复效果。试验结果表明,自攻螺丝能够拉结裂缝两侧的木材,使其在荷载作用下协同变形、共同承载直至构件发生弯曲破坏。研究还表明,纵裂未修复的木柱的轴压和偏压承载力由于纵向裂缝的存在而分别降低了17.1%和6.1%,而经自攻螺丝修复后木柱轴压和偏压承载力的修复系数分别达到了80.7%和162.3%,即由开裂而引起的木柱的轴压和偏压承载力的下降值的80.7%和162.3%可通过采用自攻螺丝得到补偿。     

带窗洞的竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙的受力性能分析

为探究带窗洞的竖向分布钢筋不连接装配整体式剪力墙(SGBL装配整体式剪力墙)的受力性能,采用ABAQUS软件建立SGBL装配整体式剪力墙精细化有限元模型。有限元模型采用Cohesive接触和弹簧单元模拟预制墙板与后浇混凝土的拼缝,模拟所得荷载-位移曲线及破坏模式与文献中试验结果均吻合良好。在此基础上,对比了带窗洞SGBL装配整体式剪力墙与带窗洞现浇剪力墙受力性能的差异,并讨论了轴压比和洞口偏心等参数对带窗洞SGBL装配整体式剪力墙的承载力和刚度的影响。结果表明：通过适当增加边缘现浇段竖向钢筋,带窗洞SGBL装配整体式剪力墙可拥有等同带窗洞现浇剪力墙的承载力。此外,轴压比对两类开洞剪力墙受力性能影响均较小,洞口偏心对带窗洞SGBL装配整体式剪力墙的承载力影响较小,当洞口偏心率小于20%时,洞口偏心对刚度的影响小于8%。     

竖向分布钢筋不连续的装配式剪力墙结构振动台试验研究

为研究竖向分布钢筋不连续的装配式剪力墙结构抗震性能,设计了1个缩尺比为1/2的四层模型结构,并对其开展振动台试验。试验中考虑了7度多遇至9度罕遇等地震烈度(0.035g~0.62g),并进行了峰值加速度0.80g的El Centro波破坏加载。研究结果表明：在7度罕遇地震作用下,模型结构处于弹性状态,最大层间位移角仅1/991;模型结构进入塑性阶段后(8度罕遇和9度罕遇地震作用),现浇边缘构件产生水平裂缝并跨越竖向拼缝向预制墙体发展,模型结构频率和阻尼比大幅变化,最大层间位移角为1/125;在峰值加速度0.80g的El Centro波作用下,模型结构发生典型的压弯破坏,一层现浇边缘构件混凝土局部压坏,钢筋压曲,但未发生整体破坏或倒塌;模型结构的1阶频率和阻尼比分别降低58.3%和增大163.2%,层间位移角达1/87;该剪力墙结构整体变形呈弯曲型,其现浇边缘构件和预制墙体具有良好的协同工作能力,抗震性能良好。     

碳纤维布增强钢-木屈曲约束支撑低周反复加载试验研究

为提升胶合木结构抗震耗能性能,设计一种碳纤维布增强钢-木屈曲约束支撑,通过对10个支撑试件的低周反复加载试验,研究其承载力、破坏形式和耗能能力,并分析支撑约束比、碳纤维布的约束间距和层数的影响。结果表明,约束比大于3.5、且采用3层间距50mm的碳纤维布时,支撑的荷载-位移滞回曲线饱满,可达到200倍的塑性变形要求。提高约束比、碳纤维布用量可以使支撑由整体失稳向局部屈曲转化、提高支撑性能：使用3层碳纤维布,间距由100mm减小至50mm时支撑受压承载力提高13%,累积耗能提高26%;使用50mm碳纤维布间距,层数由2层提高至3层时支撑受压承载力提高9%,累积耗能提高19%。基于受弯承载力的支撑约束比设计方法和基于核心钢板局部屈曲假定的碳纤维布间距和层数计算方法可用于指导工程设计。