木框架剪力墙的有限元分析

摘要

我国的《木结构设计规范》(GB50005-2003)中新增加了轻型木结构房屋章节，该条文主要是参照加拿大与美国的木结构规范制定的，我国尚没有系统地开展轻型木结构方面的研究工作，因此急需通过研究来填补这方面的空白。
　　 在轻型木结构中钉连接是最主要的连接方式。钉节点的受力性能将直接影响木剪力墙承受侧向荷载的能力，而且木剪力墙的有限元分析大多也是建立在钉节点模型的基础上，因此钉节点的研究具有重要的意义。本文介绍了轻型木结构中面板钉节点与骨架钉节点的试验研究，面板钉节点分为垂直钉节点试验与平行钉节点试验，骨架钉节点分为骨架钉拔出试验与骨架钉剪切试验，每组各10个试件，最后利用Matlab对试验数据进行处理、拟合，建立了面板钉节点、骨架钉节点数值模型，通过对比国外一些钉节点模型，发现性能有所差异，国产钉的初始刚度较小而延性较好。将该模型直接运用于后续的有限元分析。
　　 本文介绍了三榀不同类型木剪力墙（标准墙、开门洞、开窗洞墙）采用一种新型加载装置进行加载的单向、反复加载试验研究，主要研究其破坏形态、荷载位移曲线、抗剪强度、极限位移、弹性抗侧刚度和墙骨柱上拔，并将试验结果与采用铰接钢梁、连续钢梁加载的试验结果进行比较分析，发现采用平面外荷载传递梁的木剪力墙试件弹性抗侧刚度比铰接荷载传递梁和刚性荷载传递梁木剪力墙试件的弹性抗侧刚度要小等规律。
　　 本文利用Johnn用户自定义单元建立钉节点单元，不仅建立了钉节点的骨架曲线模型还引入了滞回规律，并通过算例验证该模型的精确度较高。通过有限元软件ABAQUS建立木剪力墙模型，分析了标准墙体、开门洞墙体在单向与反复荷载作用下的受力性能，在分析过程中引入了变形折减系数γ使其与实际情况更加吻合，并给出了其取值范围。最后将模拟结果与试验结果进行了对比分析，发现该模型的精确度较高。该方法为日后木剪力墙抗侧性能的深入研究提供有利的技术措施。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 轻型木结构房屋简介

1．2 国内外轻型木结构研究综述

1．2．1 钉节点的试验研究

1．2．2 轻型木结构的试验研究

1．2．3 轻型木结构的理论分析

1．3 本文研究意义和研究内容

1．4 论文结构

第二章 钉节点的试验研究与数值模型

2．1 引言

2．2 钉节点材料和试件

2．2．1 钉子的规格及力学性能

2．2．2 钉节点试件设计

2．3 试验过程

2．3．1 面板钉节点的荷载试验

2．3．2 骨架钉节点的荷载试验

2．4 钉节点的数值模型

2．4．1 几种常见的钉节点数值模型

2．4．2 面板钉数值模型

2．4．3 骨架钉数值模型

2．5 本章小结

第三章 木框架剪力墙的试验研究

3．1 引言

3．2 试件设计

3．3 试验方法

3．3．1 试验装置

3．3．2 测量内容及仪器布置

3．3．3 加载方案

3．4 破坏形态

3．4．1 钉节点破坏

3．4．2 墙骨柱与底粱板的分离

3．5 试验结果与分析

3．5．1 荷载位移曲线

3．5．2 主要试验结果

3．5．3 抗剪强度

3．5．4 极限位移

3．5．5 弹性抗侧刚度

3．5．6 墙骨柱上拔

3．6 本章小结

第四章 木框架剪力墙的有限元分析

4．1 引言

4．2 ABAQUS软件简介

4．3 钉节点的有限元模型

4．3．1 墙面板与术骨柱之间的钉节点单元

4．3．2 木骨柱之间的钉节点单元

4．4 木剪力墙的有限元模型

4．5 标准剪力墙的有限元分析

4．5．1 有墙角锚栓剪力墙的有限元分析

4．5．2 无墙角锚栓剪力墙的有限元分析

4．5．3 木剪力墙有限元分析的一般方法

4．6 开门洞剪力墙的有限元分析

4．6．1 无墙角锚栓剪力墙的有限元分析

4．6．1 有墙角锚栓剪力墙的有限元分析

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 钉节点试验研究与数值模型结论

5．1．2 木框架剪力墙试验研究结论

5．1．3 木框架剪力墙的有限元分析结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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