现代竹木结构螺栓连接节点理论分析及试验研究

摘要

节点连接性能是现代竹木结构中决定性环节之一；而螺栓连接节点又是现代竹木结构中最重要的连接方式之一。本文首先分析螺栓连接原理和木结构设计规范中的螺栓节点，然后建立现代竹结构螺栓连接抗剪承载力公式并用试验数据验证，最后对梁柱框架螺栓连接节点的抗侧力进行理论分析、试验研究以及有限元分析。
　　单螺杆节点理论分析是建立多螺杆节点抗剪承载力计算公式的基础。本文根据单螺杆常见的延性破坏模式，分别从弹性、塑性以及弹塑性的角度对单螺杆节点的抗剪承载力予以分析，并指出每一种方法的优缺点。对于多螺栓连接节点，采用弹性力学的方法证明节点内每个螺杆承担的荷载不均，然后给出多螺栓节点的承载力计算方法。
　　现代竹结构螺栓节点与现代木结构螺栓节点的最大区别在于其构件材性不同，故现代竹结构的研究可参考木结构设计规范。本文详细分析了现行的中国GB规范、美国NDS规范以及欧盟Eurocode5规范中木结构螺栓连接抗剪承载力计算公式的来源，并对计算公式中关键的材性参数予以分析对比。其后分别介绍中、美、欧现行木结构设计规范对螺栓节点的构造要求。
　　现代竹结构螺栓节点设计主要涉及螺栓节点的抗剪承载力计算及其构造要求。本文选取Johansen屈服理论作为基础，参考美国NDS规范、欧盟Eurocode5规范，给出现代竹结构螺栓连接节点抗剪承载力计算公式，并引用相关试验数据验证其正确性。对于现代竹结构螺栓节点的合理构造，在没有足够试验数据的情况下，建议参考现行木结构设计规范要求。
　　从现代竹结构工程中选取具有代表性的4榀梁柱螺栓节点框架，进行单调及往复的抗侧力试验研究，给出了梁柱框架的荷载-位移曲线、荷载-转角曲线以及节点中螺杆的弯曲形态。其后对梁柱框架单调加载试验进行承载力分析及荷载位移曲线模拟；对梁柱框架往复加载试验分别从耗能能力，试件强度、刚度，延性等方面予以分析。
　　选择合适的单元类型及材性参数，采用ANSYS建立Glubam梁柱框架模型，根据试验条件对框架模型施加相应的约束和荷载，得到梁柱框架的弹性阶段的内力分布。有限元分析结果与试验结果大致吻合。

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符号表

第1章 绪论

1.1 木结构建筑概况

1.2 竹结构建筑概况

1.3 螺栓连接节点在现代竹木结构中的应用

1.4 现代竹木结构螺栓连接节点研究现状

1.5 本文的研究意义及主要内容

第2章 螺栓连接原理

2.1 概述

2.2 单螺杆节点

2.3 多螺栓节点

2.4 本章总结

第3章 中、美、欧木结构规范中螺栓节点的理解

3.1 概述

3.2 中国GB规范中螺栓连接

3.3 美国NDS规范中螺栓连接

3.4 欧盟Eurocode5规范中螺栓连接

3.5中、美、欧规范螺栓节点承载力计算公式中主要材性参数

3.6 中、美、欧木结构规范对螺栓连接节点的构造要求

3.7 本章总结

第4章 胶合竹螺栓节点承载力理论分析及验证

4.1 概述

4.2 现代竹结构螺栓节点承载力计算公式

4.3 螺杆抗弯屈服强度及胶合竹销槽承压强度试验研究

4.4 现代竹结构多螺栓连接节点抗压承载力试验及理论分析

4.5 现代竹结构螺栓节点构造要求

4.6 本章总结

第5章 现代竹结构梁柱框架螺栓节点试验研究及理论分析

5.1 概述

5.2 现代竹结构梁柱框架螺栓节点试验研究

5.3 现代竹结构梁柱框架螺栓节点承载力分析

5.4 本章总结

第6章 现代竹结构梁柱框架抗侧力有限元分析

6.1 概述

6.2 现代竹结构梁柱框架有限元模型

6.3 有限元分析结果与试验结果对比

6.4 本章总结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 胶合竹多螺栓节点第1、3组受压承载力计算

附录C 胶合竹梁柱螺栓节点单调承载力(试件GF1J4)

附录D Glubam胶合竹销槽承压强度实验计划