层板胶合木全螺纹螺栓销槽承压性能研究

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销连接是木结构中应用最为广泛的连接形式,其性能主要取决于木材的销槽承压性能和销轴类紧固件的抗弯性能。销槽承压强度是木材承受销轴类紧固件压力的能力,其不仅与材料性能有关,还与材料表面条件有关。但是,在国内外现行的木结构设计标准中,仅考虑了木材的密度和紧固件直径的影响。一些研究发现,光滑销钉的屈服强度也影响销槽顺纹承压强度,表面条件不同于光滑销钉的全螺纹螺栓的销槽顺纹承压强度高于光滑销钉的。当前销轴类紧固件的销槽承压强度的经验公式几乎都基于光滑销钉的试验结果,全螺纹螺栓是木结构连接中常用的销轴类紧固件,很必要开展试验研究确定全螺纹螺栓的销槽承压性能。为评估紧固件强度等级及表面条件对销槽承压性能的影响,本文采用了两种不同强度等级的全螺纹螺栓,开展了层板胶合木销槽顺纹和横纹承压性能的研究。试验结果表明,全螺纹螺栓的强度等级不影响销槽承压强度。通过对比全螺纹螺栓和光滑销钉的销槽横纹承压性能,发现紧固件表面条件不影响销槽横纹承压强度。基于试验结果,给出了全螺纹螺栓的销槽顺纹和横纹承压强度和模量的经验公式,以及可描述销槽承压性能的销槽承压应力-变形关系模型。在工程中,常借助有限元模型辅助木结构连接的设计。由于木材复杂的各向异性本构关系,以及木材与销轴类紧固件之间的复杂接触问题,建立三维精细化有限元模型难度大、运算时间长、计算成本高。本文发展了一个木结构销轴类连接三维简化有限元模型,其中木材采用基于Hill屈服准则的正交各向异性理想弹塑性模型,钢材采用三折线本构模型,将销槽承压应力-变形关系作为接触单元(连接器单元)的性能,描述木材销槽承压性能和模拟木材与紧固件的接触。通过与试验结果对比,验证了模型能准确模拟销槽承压性能和销轴类连接的性能。本文发展的有限元模型简化了木结构销轴类连接三维有限元模型的建模程序,节约了计算成本。
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