旋切板胶合梁柱节点试验研究汇报

1、Study on Mechanical Behavior of the Laminated Veneer Lumber Beam-column Joints旋切板胶合木梁柱节点受力性能研究硕 士：*导 师：*汇报内容汇报内容 绪论 材料基本力学性能研究 LVL梁柱节点受力性能研究 LVL梁柱节点承载力理论分析 LVL梁柱节点有限元模拟与分析 结论与展望 1.1 引言 1.2 LVL简介 1.3 木结构的连接 1.4 木结构连接的研究概况 1.5 本文主要研究内容第一章 绪论 现今普遍使用的钢筋混凝土结构的生产过程消耗资源，对环境产生了不良影响，而木结构具有健康舒适、环保节能、设计灵活、安全可靠

2、等诸多优点，近期获得了较好的发展 传统木结构对天然林资源依赖性严重，因此工程木材的引进推广、新型木结构研发及设计水平的提高、利用人造木取代天然原木对传统木结构建筑进行构件替代和加固已成为可行的方向1.1 引言旋切板胶合木（Laminated Veneer Lumber，简写为LVL）是众多工程木产品中最常见的一种，它是以小径材和低质材原木为主要原料，生产工艺流程为原木截断蒸煮扒皮单板旋切单板剪切单板干燥单板斜接单板涂胶组坯预压热压剧割堆垛检验包装入库，可将LVL分为结构用和非结构用两类。1.2 LVL简介1.3 木结构的连接传统木结构的连接形式主要为榫卯连接现代木结构中常用的连接方式有齿板连接

3、、销连接、键连接、胶(粘结剂)连接、植筋连接等。1.4木结构连接的研究概况丹麦科学家丹麦科学家Johansen于于1941年提出年提出“屈服理论屈服理论”，理论建立时假定销，理论建立时假定销槽受压和销的受弯具有弹塑性变形能力，并依据材料力学方法推导出槽受压和销的受弯具有弹塑性变形能力，并依据材料力学方法推导出了螺栓连接的承载力计算公式，自此，后来的研究学者就将了螺栓连接的承载力计算公式，自此，后来的研究学者就将“屈服理屈服理论论”应用到单个螺栓的对称连接和反对称连接承载力的计算中。应用到单个螺栓的对称连接和反对称连接承载力的计算中。1983年，年，McLain和和Thangjitham将将“屈

4、服理论屈服理论”应用到了美国的木结应用到了美国的木结构设计规范中去，并用试验验证了螺栓预紧力对螺栓的承载力具有增构设计规范中去，并用试验验证了螺栓预紧力对螺栓的承载力具有增强作用。强作用。1991年，年，Wilkinson研究了木材的比重、螺栓的直径及加荷方向对节点研究了木材的比重、螺栓的直径及加荷方向对节点承载力的影响，通过选取国内大量的树种包括南方松、花旗松、落叶承载力的影响，通过选取国内大量的树种包括南方松、花旗松、落叶松、红橡木等进行研究，结果表明，当荷载平行于纹理方向时，承载松、红橡木等进行研究，结果表明，当荷载平行于纹理方向时，承载力大小只与木材比重有关；当加荷方向垂直纹理方向时，

5、承载力大小力大小只与木材比重有关；当加荷方向垂直纹理方向时，承载力大小主要与木材比重和螺栓直径两个条件有关主要与木材比重和螺栓直径两个条件有关2007年周俐俐通过计算实例，提出螺栓连接不等间距的排列的新方式，在承载力相同的情况下，这种新型排列方式既兼顾了规范规定的螺栓最大和最小的容许距离，又减少了螺栓数目 2001年年J.G.Broughton和和 A.R.Hutchinson26研究了研究了 5 种胶黏剂在种胶黏剂在 LVL 板材板材中的胶合植筋性能，分别为环氧树脂中的胶合植筋性能，分别为环氧树脂( EPX) 胶黏剂、丙烯酸、苯酚间苯二胶黏剂、丙烯酸、苯酚间苯二酚甲醛酚甲醛( PRF) 和聚

6、氨酯和聚氨酯( PUR) 胶黏剂，结果显示，使用环氧树脂胶黏剂胶黏剂，结果显示，使用环氧树脂胶黏剂的试件在破坏时呈现出不同的外观性能，此类试件的平均剪切强度为的试件在破坏时呈现出不同的外观性能，此类试件的平均剪切强度为4.67.1MPa。 2003年，年，L.Feligioni 等等27的研究表明，胶层厚度是木结构植筋连接设计的的研究表明，胶层厚度是木结构植筋连接设计的重要参数，因为胶层厚度能够优化木材到植筋杆的应力传递，限制应力集中重要参数，因为胶层厚度能够优化木材到植筋杆的应力传递，限制应力集中和塑性变形。和塑性变形。 2006年，年，RSteiger 等等28在挪威云杉胶合木中顺纹植入螺

7、纹杆，通过试验在挪威云杉胶合木中顺纹植入螺纹杆，通过试验测出其抗拔强度与密度的指数为测出其抗拔强度与密度的指数为c =0. 55，而当螺纹杆横纹植入时的指数为，而当螺纹杆横纹植入时的指数为c =0. 25。 2006年年RSteiger28研究了植入长度对植筋节点的剪切强度和抗拔性能的研究了植入长度对植筋节点的剪切强度和抗拔性能的影响，研究，增加植入杆的植入深度度，最终破坏荷载增加但平均剪切强度影响，研究，增加植入杆的植入深度度，最终破坏荷载增加但平均剪切强度下降，同时发现，当边距小于下降，同时发现，当边距小于2.3倍的植入杆直径时，节点试件的抗拔性能倍的植入杆直径时，节点试件的抗拔性能会因木

8、材过早的开裂而较差。会因木材过早的开裂而较差。 本文将以旋切板胶合木(LVL)替代原木对螺栓钢填板连接及植筋连接的特性进行研究，主要内容如下：a)首先对本次研究所采用的杨木旋切板胶合木及螺栓的材料性能进行研究，主要包括杨木LVL的密度、含水率、顺纹抗压强度及弹性模量、垂直剪切强度、销槽承压强度，螺栓的抗弯强度；b)通过对LVL螺栓连接节点及植筋节点进行单调加载及低周反复加载试验，研究其延性、耗能性能，求得节点的刚度和强度退化等参数，并根据节点的破坏形式及受力特点建立简化的计算模型，对节点进行承载力的进行理论分析并与试验结果对比；c)利用有限元分析软件对LVL螺栓节点及植筋节点的受力状况进行分析

9、，并将分析结果与试验结果进行比对最终得出相关结论。1.5 本文主要研究内容第二章第二章 材料基本力学性能研究材料基本力学性能研究 2.1 引言 2.2 材性试验 2.3 本章小结(1)木材密度、含水率的测定(2)木材顺纹抗压强度及弹性模量测定(3)木材垂直剪切强度测定(4)木材销槽承压强度测定(5)螺栓抗弯强度测定 2.2 材性试验(1)LVL密度、含水率测定试验试件编号试件尺寸(mmmmmm)烘干前质量(g)烘干后质量(g)含水率(%)密度(g/cm3)1150402585.7376.3211.00.5652150402586.4275.9813.70.5763150402585.7675.

10、4913.60.5724150402586.6876.9512.60.5785150402587.6576.7113.50.5806150402586.3876.9612.20.576此批试件的此批试件的平均含水率为平均含水率为12 2.8 8%，平均密度为平均密度为0.575g/cm3表表2.1 1LVL含水率试验数据整理含水率试验数据整理该试验以木材密度测定方法该试验以木材密度测定方法(GB/T 1933-2009)和木材含水率测定和木材含水率测定方法方法(GB/T 1931-2009)为参考标准并结合实际情况进行。为参考标准并结合实际情况进行。本次试验使用的试件与梁柱节点试验同批次制作的

11、，尺寸为25mm40mm150mm试件编号弹性模量(MPa)极限压应力(MPa)110674.642.10210380.345.06310533.442.2649753.444.01511124.043.4669567.542.97平均值10338.943.31表表 2.3 3 LVL顺纹受压弹性模量、极限压应力顺纹受压弹性模量、极限压应力(2)顺纹抗压强度及弹性模量的测定本试验试件尺寸设计参考了本试验试件尺寸设计参考了ASTM D143-09试验标准的规定设计并加试验标准的规定设计并加工试件工试件，本次试验试件尺寸：本次试验试件尺寸：40mm40mm200mm(3)LVL垂直加载剪切强度试验

12、图图2.9 LVL垂直加载剪切强度试验示意图垂直加载剪切强度试验示意图图2.10 LVL垂直加载剪切强度试验实体图本试验试件尺寸设计参考了本试验试件尺寸设计参考了 ASTM D143-09试验标准的规定试验标准的规定,试件尺寸：试件尺寸：150mm40mm25mm试件编号试件尺寸(mmmmmm)破坏荷载(kN)最大切应力(MPa)平均切应力(MPa)115040.125.17.6205.7155.630215040.025.26.9315.198315039.825.17.5625.672415040.025.17.3255.494515040.124.98.1306.098615040.02

13、5.17.4715.603表表2.4 4 LVL垂直加载剪切强度试验垂直加载剪切强度试验通过通过LVL的水平剪切试验以及数据分析可知，杨木的水平剪切试验以及数据分析可知，杨木LVL受剪切破受剪切破坏时体现出一种脆性，而且剪切强度较小。坏时体现出一种脆性，而且剪切强度较小。(4)LVL销槽承压试验 试件尺寸根据美国ASTM D5764-97a试验标准进行设计，试件尺寸为：50mm50mm75mm（长度宽度厚度）（如图2.11所示）。采用的试验装置如图2.12所示。图图2.11 销槽承压试件示意图销槽承压试件示意图图2.12 销槽承压试验图试件编号试件厚度mm螺栓直径mm5%直径偏移荷载N销槽承压

14、强度试验值N/mm2149.677.898159.28 20.82249.457.667685.59 20.29349.737.87676.42 19.79449.817.727713.74 20.06549.537.787953.49 20.64根据材性试验结果可得，节点试验杨木根据材性试验结果可得，节点试验杨木LVLLVL的平均销槽承压强度的平均销槽承压强度试验值为试验值为20.32N/mm2 2。表表2.5 LVL销槽承压强度销槽承压强度(5)螺栓抗弯试验图图2.14 螺栓抗弯试验图螺栓抗弯试验图本试验根据本试验根据ASTM D1575-03进行进行,对于直径大于对于直径大于4.83mm

15、的钉子，两支撑的钉子，两支撑点的距离为点的距离为11.5倍的钉直径，由于本试验中采用螺栓公称直径为倍的钉直径，由于本试验中采用螺栓公称直径为8mm，因此最小支撑距离为因此最小支撑距离为92mm，试验根据连接节点规格的需要最终确定为，试验根据连接节点规格的需要最终确定为100mm。试件编号螺栓直径(mm)5%直径偏移荷载(N)屈服弯矩(Nmm)有效截面模量(mm3)螺栓抗弯强度(N/mm2)螺栓平均抗弯强度(N/mm2)17.89425.6210640.5481.86129.98132.3827.66414.2310355.8474.91138.2437.8415.6510391.2679.09

16、131.3947.72404.0610101.5176.68131.7457.78409.8710246.7478.48130.57表表2.6 螺栓抗弯强度螺栓抗弯强度试验所用的螺栓平均抗弯强度为试验所用的螺栓平均抗弯强度为132.38N/mm2 3.1 引言 3.2 梁柱节点受力性能试验 3.3 试验结果与分析 3.4 本章小结第三章 LVL梁柱节点受力性能研究3.2.1试件设计 节点试验参照木结构设计规范(GB50005-2003)、木结构设计手册(第三版)及相关国内外标准进行试件设计。柱截面尺寸为150mm150mm，梁截面尺寸为75mm150mm。本次共设计一种植筋节点形式和两种螺栓钢

17、填板节点形式。 3.2 梁柱节点受力性能试验图图3.2 J1试件立面图试件立面图 图图3.3 J1试件梁截面图试件梁截面图 图图3.5 J2试件立面图试件立面图 图图3.6 J2试件钢填板轴测图试件钢填板轴测图图图3.7 J3试件立面试件立面图图 图图3.8 J3试件钢填板轴测图试件钢填板轴测图3.2.2试件制备 旋切板胶合木梁柱植筋节点构件制备的工艺流程主要是：施工准备旋切板胶合木梁柱植筋节点构件制备的工艺流程主要是：施工准备测量放线测量放线成孔成孔清孔清孔拉结筋清理拉结筋清理注胶植筋注胶植筋成品养护。成品养护。图图3.9 台式钻床台式钻床图图3.10 柱取孔柱取孔图图3.11 梁取孔梁取孔

18、图图3.12 梁取孔完成梁取孔完成旋切板胶合木梁柱钢填板节点试件的制备工艺流程为：施工准备旋切板胶合木梁柱钢填板节点试件的制备工艺流程为：施工准备测测量放线量放线梁开槽梁开槽钻孔钻孔清孔清孔钢板焊接钢板焊接将钢填板、螺栓、木构件将钢填板、螺栓、木构件组装成试验构件。组装成试验构件。图图3.17 梁成孔梁成孔图图3.16 梁开槽梁开槽图图3.19 螺栓螺栓钢填板钢填板节点组装节点组装3.2.3 试验仪器试验仪器图图3.20 电液伺服作动器标牌电液伺服作动器标牌图图3.21 手持式液压千斤手持式液压千斤顶顶图图3.22 TS3860静态电阻应变静态电阻应变仪仪图图3.23 YHD-50型位移传感器

19、型位移传感器3.2.4 试验加载装置试验加载装置作动器刀铰千斤顶钢板反力架刚性地面反力架反力墙图图3.24 加载装置示意图加载装置示意图图图3.25 加载装置图加载装置图3.2.5 试验加载方案试验加载方案 单调加载试验单调加载试验采用采用匀速位移控制匀速位移控制加载方式加载方式, ,以以7.5mm/min7.5mm/min的速度进行加载，当试件完的速度进行加载，当试件完全失去承载能力或者试件破坏严重时终止试验。全失去承载能力或者试件破坏严重时终止试验。低周反复试验加载制度共分两个阶段，采用分级加载:第一阶段加载以控制位移为极限位移的1.25%、2.5%、5%、7.5%、10%的三角波依次进行

20、一次循环加载。第二阶段则以极限位移的20%、40%、60%、80%、100%和120%的为控制位移的三角波依次进行三次循环加载。图图3.27 反复荷载加载曲线反复荷载加载曲线3.2.6 量测内容及测点布置量测内容及测点布置木柱木梁位移计图图3.28 测点布置示意图测点布置示意图图3.29 测点布置图3.3.1 单调加载试验现象3.3试验结果与分析(a)钢筋屈服钢筋屈服(b)木材挤压劈裂J1试件：(a)梁柱分离(b)节点处木材劈裂(c)(c)螺杆屈服螺杆屈服J2试件：J3试件：(a)木梁与钢板产生错动木梁与钢板产生错动(b)节点处木材劈裂试件水平位移（mm）试验现象描述J1节点16节点出现轻微声

21、响42声响由频繁变得连续，荷载持续增大80随着位移的增大，荷载趋于稳定，节点处木材挤压开裂88荷载开始下降J2节点36节点出现间断的轻微声响52声响变得连续70节点出现一声剧烈声响，节点处钢板与梁产生错动80梁柱出现分离，梁端翘起明显92随着位移增大，荷载开始下降J3节点22节点出现间断的轻微声响46声响变大并持续不断62节点处钢板与梁端开始出现错动82随着位移的增大，荷载趋于稳定88荷载达到最大值，随后荷载开始下降3.3.2 单调加载试验结果与分析单调加载试验结果与分析(a)J1(a)J1试件荷载试件荷载位移曲线位移曲线(b) J2(b) J2试件荷载试件荷载位移曲线位移曲线(c) J3(c

22、) J3试件荷载试件荷载位移曲线位移曲线 各个节点在各个节点在加载初期加载初期，荷载随着位移的增大基本上呈，荷载随着位移的增大基本上呈线性增大线性增大，整个试，整个试件处于弹性受力状态，当荷载件处于弹性受力状态，当荷载超过比例极限超过比例极限之后，曲线的之后，曲线的斜率有着不同程斜率有着不同程度的变化度的变化，直至试验终止。，直至试验终止。 植筋节点植筋节点相对于螺栓相对于螺栓钢填板节点而言钢填板节点而言, ,试件的试件的最大承载力最大承载力偏低，螺栓偏低，螺栓钢填板节点在钢填板节点在钢板与梁发生错动的瞬间承载力均突然减小钢板与梁发生错动的瞬间承载力均突然减小而后继续上升的而后继续上升的现象，

23、另外在同样螺栓个数为现象，另外在同样螺栓个数为6个的情况下，个的情况下，J2试件的承载力要高于试件的承载力要高于J3试试件，充分体现出了螺栓的排列方式对整个节点受力性能的影响。件，充分体现出了螺栓的排列方式对整个节点受力性能的影响。节点承载力确定节点承载力确定试件屈服荷载(KN)屈服位移(mm)极限荷载(KN)极限位移(mm)破坏荷载(KN)J15.592511.26929.57J29.133914.298412.15J37.864512.398910.53表表3.2 各试件承载力各试件承载力过原点过原点作单向加载试验荷载作单向加载试验荷载位移位移曲线的曲线的切线切线，其，其与最高荷载点的水平

24、与最高荷载点的水平线的交点线的交点所对应的位移定义为所对应的位移定义为屈服位屈服位移移，并由该点作垂线与荷载，并由该点作垂线与荷载位移位移曲线相交的点对应的荷载为曲线相交的点对应的荷载为屈服荷载屈服荷载，定义荷载定义荷载位移曲线的位移曲线的最高点最高点对应对应的荷载和位移分别为的荷载和位移分别为极限荷载和极限极限荷载和极限位移位移，定义，定义极限荷载的极限荷载的85%对应的荷对应的荷载为载为破坏荷载破坏荷载，其相应的位移为节点，其相应的位移为节点的有效极限位移的有效极限位移3.3.3 低周反复加载试验现象低周反复加载试验现象(a)(a)孔径处木材破坏孔径处木材破坏(b)(b)钢筋屈服钢筋屈服图

25、图3.34 J1试件低周反复加载试验破坏现象试件低周反复加载试验破坏现象(a)节点劈裂节点劈裂(c)钢填板与木材错动(b)梁顺纹劈裂(d)螺栓受弯破坏图图3.36 J2、J3试件低周反试件低周反复加载试验破坏现象复加载试验破坏现象试件水平位移（mm）试验现象描述J117第二次循环时节点开始出现间断的轻微响声51节点响声逐步变大，且变得连续72节点处木材出现挤压劈裂裂缝85第一个循环时荷载达到最大值100梁端翘起达到最大值J228节点开始出现间断的轻微响声60响声变大且变得连续68梁端钢填板与木材开始产生错动80节点处开始产生劈裂裂缝，梁侧出现顺纹裂缝85第一个循环节点出现第一次剧烈声响100第

26、一个循环出现两声剧烈声响J322节点开始产生间断的轻微响声49响声持续增大且变得连续60梁端钢填板与木材开始产生错动，节点处出现劈裂裂缝85第一个循环荷载出现最大值，第二个循环产生剧烈响声100荷载下降，梁端翘起达到最大值3.3.4 滞回曲线滞回曲线(a) J1(a) J1试件滞回曲线试件滞回曲线(b) J2(b) J2试件滞回曲线试件滞回曲线(c) J3(c) J3试件滞回曲线试件滞回曲线由滞回曲线可以得出：由滞回曲线可以得出：植筋节点的滞回曲线为的植筋节点的滞回曲线为的“反反S型型”, ,螺栓连接节点的滞回曲线均表现螺栓连接节点的滞回曲线均表现出明显的捏缩效应，即为出明显的捏缩效应，即为“

27、Z Z型型”节点出现明显的节点出现明显的强度退化强度退化现象，控制位移相同的条件下，后次循环加现象，控制位移相同的条件下，后次循环加载时的承载力及刚度均明显低于前一次载时的承载力及刚度均明显低于前一次对比三个试件的滞回曲线可知，对比三个试件的滞回曲线可知，J1J1试件试件的滞回环面积最大，的滞回环面积最大，曲线最饱曲线最饱满，耗能性能最佳，但最大承载力最小满，耗能性能最佳，但最大承载力最小。对比。对比J2J2试件和试件和J3J3试件的滞回试件的滞回曲线可得出，两个曲线可得出，两个螺栓螺栓钢填板节点试件的滞回曲线的形状类似钢填板节点试件的滞回曲线的形状类似，由，由于螺栓布置方式不同，两试件滞回曲

28、线的峰值和滞回环面积有一定差于螺栓布置方式不同，两试件滞回曲线的峰值和滞回环面积有一定差异，异，J2J2节点节点试件的滞回曲线峰值普遍比试件的滞回曲线峰值普遍比J3J3更高，滞回曲线也更加饱满，更高，滞回曲线也更加饱满，耗能能力更强，体现出此种排列方式的耗能能力更强，体现出此种排列方式的优势优势。3.3.5 骨架曲线骨架曲线(a) J1(a) J1试件骨架曲线试件骨架曲线(a) J2(a) J2试件骨架曲线试件骨架曲线(a) J3(a) J3试件骨架曲线试件骨架曲线(d) (d) 不同试件骨架曲线对比图不同试件骨架曲线对比图 从三者的骨架曲线对比图可知，从三者的骨架曲线对比图可知，植筋节点加载

29、初期荷载增长较快植筋节点加载初期荷载增长较快，即，即节点初始刚度要大于螺栓节点初始刚度要大于螺栓钢填板节点，而植筋节点后期荷载增长速度钢填板节点，而植筋节点后期荷载增长速度减缓，减缓，最大承载力比两种螺栓最大承载力比两种螺栓钢填板节点都小钢填板节点都小。从不同螺栓。从不同螺栓钢填板钢填板节点试件骨架曲线对比图中可以看出，当螺栓个数均为节点试件骨架曲线对比图中可以看出，当螺栓个数均为6个时，个时，J2J2节点试节点试件的承载力、屈服强化段的刚度都比件的承载力、屈服强化段的刚度都比J3J3节点构件有所提高。节点构件有所提高。3.3.7强度退化率强度退化率试件编号位移幅值/m/p>

30、00J10.960.920.950.910.860.85J20.970.940.900.940.920.88J30.950.940.940.940.910.87表表 3.3节点正向强度退化幅度节点正向强度退化幅度图图3.41 各试件节点正向强度退化幅度各试件节点正向强度退化幅度 强度退化是指在强度退化是指在控制位移不变控制位移不变的条件下，节点的的条件下，节点的水平荷载水平荷载或弯矩随着或弯矩随着荷载荷载循环往复次数的增加而减小循环往复次数的增加而减小的现象。强度退化在很大程度上影响了的现象。强度退化在很大程度上影响了节点的力学性能。强度退化的程度决定了构件或整个结构承受荷载后继节点的力学性能

31、。强度退化的程度决定了构件或整个结构承受荷载后继续抵抗荷载的能力，续抵抗荷载的能力，强度退化越快，其能力越差强度退化越快，其能力越差。试件编号位移幅值/mm1734516885100J10.920.920.940.890.860.87J20.930.930.900.930.920.89J30.930.910.950.900.920.89表表 3.4 节点反向强度退化幅度节点反向强度退化幅度图图3.42 各试件节点反向强度退化幅度各试件节点反向强度退化幅度在控制位移较大时，植筋节点在控制位移较大时，植筋节点正向强度正向强度的退化幅度明显的退化幅度明显大于大于另外两种螺另外两种螺栓栓钢填板节点，两

32、种螺栓钢填板节点，两种螺栓钢填板节点在试验过程中正向强度退化的钢填板节点在试验过程中正向强度退化的趋势基本相同，在受荷初期退化率有一定差异，在趋势基本相同，在受荷初期退化率有一定差异，在受荷的后期基本保持受荷的后期基本保持一致。一致。植筋节点在试验的后期，反向强度的退化幅度明显大于螺栓钢填板节点，两种螺栓钢填板节点在试验前期在受荷的前期反向强度退化趋势相差较大，而后期基本保持一致。3.3.8刚度退化刚度退化试件编号位移幅值/mm468.51734516885100J10.30.3040.3080.2890.1980.1640.1450.1250.106J20.2840.2470.2480.22

33、90.1930.1870.1830.1640.138J30.2420.240.220.1920.1670.1640.1550.1390.118表表3.5 不同位移幅值下各节点刚度 刚度退化是指刚度退化是指刚度随循环次数和位移幅值的增大而减小的现象刚度随循环次数和位移幅值的增大而减小的现象。刚度。刚度退化是节点损伤不断积累的体现。在低周反复荷载的作用下，节点的刚退化是节点损伤不断积累的体现。在低周反复荷载的作用下，节点的刚度可用度可用割线刚度割线刚度K来表示，其算法如下：来表示，其算法如下：ii+=+iiiPPK 式中：式中：Pi为第为第i次峰点荷载，次峰点荷载， i为第为第i次峰点水平位移次峰

34、点水平位移图图3.43 各试件节点刚度各试件节点刚度 随着加载位移的逐渐增加，各组试件均表现出随着加载位移的逐渐增加，各组试件均表现出明显的刚度退化现象明显的刚度退化现象，并且，并且 后期退化的趋势相似。后期退化的趋势相似。 J1节点初始刚度最大，节点初始刚度最大，J3初始刚度最小初始刚度最小。J1试件的刚度最初为快速上升试件的刚度最初为快速上升段，后开始缓慢下降，而后是急剧下降段，而后又开始缓慢下降直至试验结段，后开始缓慢下降，而后是急剧下降段，而后又开始缓慢下降直至试验结束，与另外两种节点试件有明显差异，束，与另外两种节点试件有明显差异，J2和和J3试件的刚度曲线类似，但总体试件的刚度曲线

35、类似，但总体来说，来说，J3试件的刚度略小于试件的刚度略小于J2试件。试件。3.3.9耗能能力耗能能力对结构的对结构的抗震性能抗震性能进行评价时，其耗能能力是一个重要指标，倘若结构进行评价时，其耗能能力是一个重要指标，倘若结构满足强度要求的条件下，具备很好的耗能性能，则可在地震过程中将结满足强度要求的条件下，具备很好的耗能性能，则可在地震过程中将结构所吸收的很大一部分能量消耗掉，从而确保结构不至于出现严重破坏。构所吸收的很大一部分能量消耗掉，从而确保结构不至于出现严重破坏。结构的耗能能力通常用结构的耗能能力通常用等效粘滞阻尼系数等效粘滞阻尼系数hc来衡量：来衡量：12ABCCDAcOBEODF

36、SShSS图图3.44 等效粘滞阻尼系数计算图等效粘滞阻尼系数计算图用面积用面积ABCD表示；滞回曲线一表示；滞回曲线一周所耗散的能量周所耗散的能量面积面积OBE代表设想的弹性直线代表设想的弹性直线OB在达到相同位移在达到相同位移(OE)时所包时所包围的面积围的面积(即吸收的能量即吸收的能量)曲线曲线ABC与三角形面积与三角形面积OBE之比之比表示耗散能量与等效弹性体产生表示耗散能量与等效弹性体产生相同位移时输入的能量之比。相同位移时输入的能量之比。试件编号位移幅值mm)20%u40%u60%u80%u100%u120%uJ10.0330.0570.0610.0760.0920.107J20.

37、1440.1540.1160.1090.1050.103J30.0850.0910.0820.080.0790.074表表3.6 各节点等效粘滞阻尼系数各节点等效粘滞阻尼系数图图3.45 各试件等效粘滞阻尼系数各试件等效粘滞阻尼系数 从节点耗能情况分析来看，从节点耗能情况分析来看，植筋节点植筋节点的等效粘滞阻尼系数呈现出的等效粘滞阻尼系数呈现出不断不断增大增大的变化趋势，而的变化趋势，而螺栓连接节点螺栓连接节点的等效粘滞阻尼系数呈现出一个的等效粘滞阻尼系数呈现出一个先增先增大后减小大后减小的变化趋势规律。的变化趋势规律。在加载初期在加载初期，螺栓连接节点螺栓连接节点的等效粘滞阻尼的等效粘滞阻尼

38、系数均系数均大于大于植筋节点的，随着试验的进行，植筋节点的，随着试验的进行，植筋节点植筋节点的耗能作用逐渐增的耗能作用逐渐增强，最终强，最终高于两种螺栓连接节点高于两种螺栓连接节点。 4.1 植筋节点承载力理论分析 4.2 螺栓钢填板节点承载力理论分析 4.3 本章小结第四章 梁柱节点承载力理论分析植筋节点抗弯承载力分析：植筋节点抗弯承载力分析：hw,ttaabtxT1T2T3Ms,yw,c23w,c图图4.5 抗弯计算模型抗弯计算模型假定：假定：(1)LVL和钢筋满足理想弹塑性；和钢筋满足理想弹塑性； (2)受弯时应变分布均满足平截面假定；受弯时应变分布均满足平截面假定； (3)节点屈服破坏

39、源自侧边受拉钢筋屈服，节点屈服破坏源自侧边受拉钢筋屈服，LVL中不存在拉力作用。中不存在拉力作用。hw,ttaabtxT1T2T3Ms,yw,c23w,c构件破坏主要源于钢筋屈服构件破坏主要源于钢筋屈服 由力的平衡条件可知：由力的平衡条件可知：对受压钢筋取矩：对受压钢筋取矩：xbTTbaxhTcwtw,32,12121322132122,21axhaxbaxhxaxbtahTahTMtwcw由应力应变关系得方程组由应力应变关系得方程组xahaxxahtxahxahxysysyscw,3,2,yswtwyswcwyssyssEEaxhxEaxhaxEaxhtxah,3,2式中：式中：T Ti i

40、第第i排钢筋的合力，排钢筋的合力，N； A Asisi第第i排钢筋的面积，排钢筋的面积，mm2 2； h h梁的高度，梁的高度，mm； b b梁的宽度，梁的宽度，mm； x x梁的受压区高度，梁的受压区高度，mm； a a钢筋端距，钢筋端距，mm； t t钢筋间距，钢筋间距，mm； s,y钢筋受拉屈服应变；钢筋受拉屈服应变； E Es s钢筋弹性模量，钢筋弹性模量，MPaMPa； E Ew wLVLLVL弹性模量，弹性模量，MPaMPa；根据上述节点抗弯承载力理论计算公式并结合材性试验数据，可以得出根据上述节点抗弯承载力理论计算公式并结合材性试验数据，可以得出J1试件节点抗弯承载力试件节点抗弯

41、承载力屈服弯矩屈服弯矩MC C为为7.66KN.m，而节点试验中得出的结，而节点试验中得出的结果果MT T为为7.28KN.m，MT T/ /MC C=0.95=0.95，两者结果相差，两者结果相差5%，主要原因是在实际，主要原因是在实际过程中，植筋节点的抗弯作用是旋切板胶合木、钢筋和胶层相互作用的结过程中，植筋节点的抗弯作用是旋切板胶合木、钢筋和胶层相互作用的结果，其实际受力过程较为复杂，而理论分析时存在诸多简化过程，与节点果，其实际受力过程较为复杂，而理论分析时存在诸多简化过程，与节点试验中其实际受力状态存在差异。试验中其实际受力状态存在差异。4.2 螺栓钢填板节点承载力理论分析4.2.1

42、 螺栓螺栓钢填板节点计算模型钢填板节点计算模型eyeteyeyetteyefdtdtffdtfdtffdtdtfFf463. 1816. 0f463. 1f434. 006. 0581. 0093. 0f434. 0min11yeyetafeyeyteafeyefdtdtfKfdtfdtfKfdtdtfFf633. 1816. 0f633. 1f577. 0322f577. 0min12u式中：式中：Fy单个螺栓连接节点下每一剪切面的屈服荷载，单个螺栓连接节点下每一剪切面的屈服荷载，N； Fu单个螺栓连接节点下每一剪切面的极限承载力，单个螺栓连接节点下每一剪切面的极限承载力，N； fe木材销槽

43、承压强度，N/mm2； fy螺栓的屈服强度，N/mm2； Kaf考虑螺栓中轴向力作用的系数，取为1.12； d螺栓的螺栓直径，mm； t木材-钢填板螺栓连接节点的连接特征系数，其大小考虑了钢材的塑性利用系数； t侧材厚度，mm许多学者对于螺栓许多学者对于螺栓钢填板钢填板这一连接形式下节点的这一连接形式下节点的屈服屈服承载力和极限承载力承载力和极限承载力进行了进行了大量的试验和理论研究大量的试验和理论研究有些学者研究发现，节点承载力的大小与侧材厚度和螺栓直径之比以及螺栓抗弯强度和木材销槽承压强度之比这两个比值有关试件屈服弯矩(kNm)极限弯矩(kNm)理论值试验值理论值试验值J28.0411.8

44、614.4315.53J37.610.2612.3713.63表表4.1 试验承载力理论计算值与实测值的比较试验承载力理论计算值与实测值的比较对于预测连接节点侧向承载能力，对于预测连接节点侧向承载能力，JohansenJohansen屈服模式也即欧洲屈服模式得到屈服模式也即欧洲屈服模式得到广泛认可，它是建立理论计算公式的基础：广泛认可，它是建立理论计算公式的基础：dfMdtfMdtfdtfFkhykhykhkhu021010103 . 2142min式中：式中：t1外边缘钢板距木构件边缘的距离外边缘钢板距木构件边缘的距离 fh0k销槽承压强度；销槽承压强度； d钢销直径；钢销直径； My钢销的

45、屈服弯矩钢销的屈服弯矩.将此次试验中设计的两种螺栓将此次试验中设计的两种螺栓钢填板连接形式的相关参数代入上钢填板连接形式的相关参数代入上述表达式，可得述表达式，可得J2试件的极限弯矩为试件的极限弯矩为13.87kNm(试验值试验值15.53kNm)，J3试件的极限弯矩为试件的极限弯矩为12.02kNm(试验值试验值13.63kNm) 5.1 引言 5.2 ABAQUS软件简介 5.3 LVL梁柱节点的有限元模拟 5.4 本章小结第五章 LVL梁柱节点的有限元模拟与分析 5.3 LVL梁柱节点的有限元模拟5.3.1创建三维模型创建三维模型 创建部件创建部件 创建材料和截面属性创建材料和截面属性

46、定义装配件定义装配件 设置分析步设置分析步 定义相互作用定义相互作用 定义荷载和边界条件定义荷载和边界条件 划分网格划分网格5.3.2有限元模拟结果有限元模拟结果（1 1）应力云图、变形图）应力云图、变形图(a) J1试件位移图试件位移图( (b) J1试件钢筋应力分布图(c) J2试件位移图试件位移图(d) J2试件螺栓应力分布图(e) J2试件柱子应力分布图(f) J3试件位移图试件位移图(g) J3试件销槽变形图(h) J3试件梁槽变形图(2)(2)骨架曲线对比骨架曲线对比图图5.5 J1试件骨架曲线对比图试件骨架曲线对比图图图5.5 J2试件骨架曲线对比图试件骨架曲线对比图图图5.7

47、J3试件骨架曲线对比图试件骨架曲线对比图从骨架曲线的对比图可以看出，从骨架曲线的对比图可以看出，有限元模拟有限元模拟得出的曲线较试验结果形得出的曲线较试验结果形成的曲线更为成的曲线更为光滑光滑，且，且峰值较大峰值较大，但各组节点有限元分析数据与试验，但各组节点有限元分析数据与试验数据所绘制的骨架曲线总体比较接近，数据所绘制的骨架曲线总体比较接近，变化趋势基本一致变化趋势基本一致第六章 结论与展望 6.1结论 6.2展望 6.1结论从低周反复加载试验的试验现象来看，从低周反复加载试验的试验现象来看，植筋节点植筋节点主要出现了主要出现了植入钢筋屈服，植入钢筋屈服，梁柱节点处的木材受挤压开裂梁柱节点

48、处的木材受挤压开裂，柱子上植筋处孔径周围木材严重破坏等，柱子上植筋处孔径周围木材严重破坏等，而而螺栓螺栓钢填板连接节点钢填板连接节点主要发生的是主要发生的是木梁与钢填板产生较大错动，螺栓木梁与钢填板产生较大错动，螺栓弯曲破坏和销槽承压破坏。弯曲破坏和销槽承压破坏。从滞回曲线来看，植筋节点呈现较典型的“反S型”，而螺栓钢填板节点呈现典型的“Z型”，这表明螺栓连接节点较植筋节点而言捏缩现象更加明显，因为螺栓节点受力后产生了一定的滑移，且滑移量与位移幅值的成正相关，对于螺栓数量相同但布置方式不同的节点试件，J2节点试件的滞回曲线最大值比J3试件更高，滞回曲线也更加饱满，耗能能力更强，体现出更优越的性能。从骨架曲线来看，植筋节点加载初期荷载增长较快，即节点初始刚度要大于螺栓钢填板节点，而植筋节点后期荷载增长速度减缓，最大承载力比两种螺栓钢填板节点都小，螺栓布