木材—钢填板螺栓连接的受力性能研究

摘要

木材-钢填板螺栓连接节点具有简洁、可靠、美观、防火等特点，因此广泛应用于现代木结构尤其是重型木结构中，而我国木结构相关规范对此类连接的结构性能只做了简单介绍，并未做深入阐述。鉴于此，本文将通过试验研究和理论分析，重点研究木材-钢填板螺栓连接节点的破坏模式、承载能力和变形性能，并对螺栓长细比、群栓效应等影响因素进行了细致分析。通过本文研究为现代木结构在我国的发展应用提供参考。
　　 本文的主要研究工作与成果如下：
　　 1、木结构连接节点的受力性能与其材料性能密切相关，因此本文首先对木材和螺栓的材料性能进行了试验研究，主要包括密度、含水率、销槽承压强度以及螺栓的抗弯强度等。并将木材顺纹销槽承压强度的试验值与理论值进行对比分析，得出东北落叶松胶合木的顺纹销槽承压强度与其全干比重成线性关系。
　　 2、进行了4组20个单个螺栓连接试件的顺纹单调加载试验，研究了连接的破坏形态、破坏机理和受力性能。结果显示木材-钢填板螺栓连接根据螺栓长细比的大小有三种破坏形式，具体表现为销槽木材承压破坏和/或螺栓弯曲破坏。当螺栓直径固定时，螺栓连接的承载力会随其长细比的增加而提高，但当螺栓长细比达到一定数值后，再增加其大小也不会提高连接节点的承载力。此外，螺栓连接的延性性能随长细比增大而提高。
　　 3、进行了7组35个多个螺栓连接试件的顺纹单调加载试验，研究了连接的破坏形态、承载能力以及变形性能。试验结果表明，群栓效应对木材-钢填板螺栓连接节点的屈服荷载的影响很小，而对节点的极限承载力的影响较大，需进行螺栓有效系数修正。此外，随着螺栓数目的增加，节点的延性性能降低。
　　 4、对木材-钢填板螺栓连接节点的承载能力进行了理论分析。以弹塑性理论为基础，利用悬臂梁模型提出了螺栓连接屈服荷载的计算公式，继而得到了试验结果的验证；此外，基于塑性理论，利用悬臂梁模型提出了螺栓连接极限承载力的计算公式，且公式计算结果与试验结果吻合良好。
　　 5、在单栓研究的基础上，借鉴美国NDS1997和欧洲EC51995规范中关于群栓效应的分析方法，得出螺栓有效系数计算公式。通过比较表明，本文建议公式更为合理。