层积材竹板与钢板螺栓连接受力机理分析及试验研究

摘要

现代竹材作为工程材料的应用越来越广泛，课题组将现代竹材引入筒仓作为仓壁板，提出了超大型钢-索-竹组合式筒仓。节点连接是竹材应用于筒仓的关键，螺栓连接具有简洁、安全可靠、使用方便等优点，因此竹材仓壁板与钢骨架连接采用螺栓节点。目前对层积材竹板螺栓连接的研究报道甚少，故对层积材竹板螺栓连接的承载性能进行研究具有重要意义。
　　本文首先根据层积材竹板正交各向异性的材料属性，对相应的12个弹性常数、3个抗压强度以及3个抗剪强度进行了测试以及修正。然后分别进行了层积材竹板单螺栓和多螺栓双剪节点承载性能试验，对节点典型的破坏模式进行了归纳，主要研究了竹板厚度、螺栓端距、螺栓直径、螺栓中距以及螺栓排列方式对节点承载力的影响，并对国内外现行木螺栓连接计算公式对层积材螺栓连接的适用性进行了验证。最后对单螺栓节点和双螺栓节点进行了ABAQUS有限元仿真分析，根据有限元结果与试验现象，对节点破坏机理进行了详细的分析，并将承载力和荷载-位移曲线结果与试验结果做了对比分析。
　　通过以上研究，本文的主要结论如下：
　　（1）层积材竹板属于正交各向异性材料，通过试验和修正，得到了层积材竹板12个弹性常数、3个抗压强度和3个剪切强度。整体而言，层积材竹板力学强度高且性能稳定，满足结构用材的力学强度要求。
　　（2）对本文使用的层积材竹板，当端距达到5倍螺栓直径时，单螺栓节点承载力趋于稳定，且继续增大端距，承载力提高不明显。
　　（3）对本文使用的层积材竹板，当中距达到5倍螺栓直径时，双螺栓节点承载力趋于稳定，且继续增大中距，承载力提高不明显。
　　（4）参考美国《木和木基制品中螺栓连接的标准试验方法》，采用5％d偏移量确定的屈服荷载较为合理。参考中国和美国《木结构设计规范》计算的承载力对层积材竹板-钢板螺栓节点而言过于保守。
　　（5）本文有限元仿真得到的节点承载力与试验实测结果相近，验证了层积材竹板采用Hill屈服准则的合理性，同时也说明本文有限元精细模型是准确的。
　　本文受中央高校基本科研业务费专项资金（NS2015006）的资助，在此表示诚挚的感谢。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 现代竹材概述

1.3 研究背景及意义

1.4 国内外研究现状

1.5 目前研究的不足

1.6 超大型钢-索-竹组合式筒仓

1.7 本文的主要工作

第二章 竹材力学性能测试

2.1 引言

2.2 竹材本构关系模型

2.3 试验方法简介

2.4 弹性常数测试

2.5 抗压强度测试

2.6 抗剪强度测试

2.7 本章小结

第三章 层积材竹板单螺栓节点承载性能试验研究

3.1 引言

3.2 试验方案

3.3 破坏模式

3.4 试验结果

3.5 单螺栓节点承载力分析

3.6 本章小结

第四章 层积材竹板多螺栓节点承载性能试验研究

4.1 引言

4.2 试验方案

4.3 破坏模式

4.4 试验结果

4.5 多螺栓节点承载力分析

4.6 本章小结

第五章 层积材竹板螺栓节点有限元分析

5.1 引言

5.2 有限元模型

5.3 节点破坏过程

5.4 单螺栓节点结果

5.5 双螺栓节点结果

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文