木网壳内置钢板螺栓连接节点受力性能研究

作     者：罗二虎 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周华樟

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：木材-钢填板螺栓连接 节点 钢填板 木材本构模型 有限元 

摘      要：节点作为网壳结构受力的关键所在,设计者必须对其受力性能有全面深入的了解。木材-钢填板螺栓连接是木网壳结构中常用的节点形式,目前国内对该类型节点缺乏全面清晰的认识,因此对木材-钢填板螺栓连接节点受力性能进行研究有重要意义。本文分别采用理想弹塑性假设和理想刚塑性假设对木材-钢填板单个螺栓连接承载力计算公式进行了推导,对比分析了两种假设所得结果的异同,发现二者在销槽承压破坏和两个塑性铰破坏时的计算公式均相同,仅一个塑性铰破坏的计算公式有常数上的细微差别。文章以理想弹塑性假设计算公式为基础,计算了两种木材-钢填板螺栓连接节点模型的抗弯承载力,并对两个节点进行了试验研究,得到了两者的荷载位移曲线和弯矩转角曲线,与理论计算吻合。经过对试件破坏模式对比分析研究,总结了破坏规律,重新优化设计了节点形式,提出了设置对称钢托、改圆形螺栓孔为椭圆形、同时增加边距、端距、间距以避免木材横纹拉裂和顺纹剪切破坏的建议。木材的本构关系非常复杂,本文对其进行了简化,假设其为横观各向同性理想弹塑性材料,并针对不同区域建立了不同的木材本构模型(螺栓区域木材本构模型进行弹性模量折减),用该材料模型模拟了文献中多荷载工况下木材-钢夹板螺栓连接节点试验,模拟结果和试验结果吻合较好,验证了木材本构模型的正确性。文章在此本构模型基础上建立了前述两种试件的有限元模型,通过有限元分析,得到了两种节点的荷载位移曲线,并与试验数据进行了对比。选择了合理的多组参数进行节点的参数分析,研究了螺栓数目、螺栓直径、钢填板厚度、轴力大小对节点抗弯承载力和抗弯刚度的影响。最后对两种节点滞回性能进行了有限元分析,得到了节点的滞回曲线,根据其滞回曲线计算得到了节点的骨架曲线、刚度退化曲线、耗能系数曲线,评价了二者的滞回性能。本文通过理论计算、试验和数值模拟对钢填板螺栓连接节点进行了研究,优化了节点形式,进行了参数分析,讨论了多个参数对节点抗弯刚度、抗弯承载力的力学性能指标的影响,供工程参考。