大跨度胶合木网格（壳）结构设计：研究重点及动力特性

2023-10-07 理论教育版权反馈

【摘要】：1）合理选用材料本构关系木结构在加载初期由于缺陷、木纤维管压实等原因会呈现出一些不可恢复的变形，即加载初期塑性发展。对木材的本构关系研究经历了很长的历程，提出了许多很好的本构模型。所以应该研究如何正确地选取合理的材料本构关系，使模拟时采用的本构关系在保证精度的前提下更加高效和易用。5）动力特性研究木材具有质量轻的特点，被普遍认为是抗震性能良好的材料。

近年来，国内外在木空间结构方面做了很多研究，取得了一些成果。但是木材材质复杂、空间结构多样，仍有许多值得进一步研究与探索之处。木空间结构的分析方法在很大程度上与钢结构相类似，但是木材与钢材有很多不同点，主要体现在以下几点：

（1）钢材材料较为均匀，一般可以按各向同性材料分析，而木材存在明显的各向异性。

（2）钢材在受力的初始阶段处于完全弹性状态，卸载后变形可以完全恢复；而木材是黏弹性材料，受力初期就会产生不可恢复的塑性变形。

（3）钢材在长期荷载作用下力学性能不会发生明显变化，而木材会发生明显的蠕变现象。

因此，大跨度木空间结构的研究有其特殊性。近年来，研究人员从多个方面着手，不断丰富研究成果。以下几个方面是当前的研究难点，也是必须解决的研究重点，是大跨度木空间结构中的关键技术。

1）合理选用材料本构关系

木结构在加载初期由于缺陷、木纤维管压实等原因会呈现出一些不可恢复的变形，即加载初期塑性发展。这种塑性发展对不同类型的空间结构会产生不同程度的影响。同时，木结构的较大蠕变特性致使其本构关系可以继续向时间维度发展。对木材的本构关系研究经历了很长的历程，提出了许多很好的本构模型。复杂的本构关系模型固然可以得到更加准确的数值分析结果，但是会大大增加计算工作量，影响工程实用性。所以应该研究如何正确地选取合理的材料本构关系，使模拟时采用的本构关系在保证精度的前提下更加高效和易用。

2）节点形式的创新

目前，针对多高层木结构、轻型木结构等结构形式，已有较为成熟及常用的节点连接形式来保证节点的刚度、承载力与设计一致。事实上，随着大跨度木空间结构的推广，对于特定结构形式，如木网壳式、网架式、张弦式的木空间结构所适用的节点连接方式应当做到同步推进，尽可能满足设计要求的刚度、承载力要求。同时，设计也应当能够与实际节点性能相结合，全面考虑节点的力学性能。(www.chuimin.cn)

3）减少蠕变对结构整体性能的影响

大蠕变特性在木空间结构研究中是无法回避的，正确地选取结构体系可以减少蠕变对结构整体性能的影响，采取正确的结构构造措施也可以减少蠕变对整体性能的影响，如在张拉节点处可靠锚固或加固等。因此，具体的结构体系和构造措施还需要进一步研究，在结构设计时必须充分考虑设计基准期内蠕变对结构的影响。

4）数值模型的试验验证

某些特定的结构形式，如柔性木空间结构，已经有了比较系统的数值分析方法。对于其他的结构形式，可以从相应钢结构的数值分析方法中吸取经验，建立相应的数值模型。但是目前对木空间结构的试验研究很少，几乎没有试验研究可以验证这些模型的准确性，所以需要进行更多的相关试验研究。

5）动力特性研究

木材具有质量轻的特点，被普遍认为是抗震性能良好的材料。但是目前尚缺乏对木空间结构动力特性的研究。木空间结构的质量分布特征及阻尼特性都与钢结构不同。由于所受地震力相对小，对抗震设防的要求也有所不同，基于性能的抗震目标有待确定，这些需要进一步的理论和试验研究。

6）体系可靠性研究

木材是一种非常复杂的材料，所以对其可靠性的研究是充分发挥木材材料性能的重要支撑。目前已经存在描述木材材料性能的随机模型，但是对其的试验研究支撑依然不足，对木结构节点的可靠性研究仍然较少，对采用木材单元制成的结构体系可靠性的评估也相应比较复杂，需要进一步研究。

大跨度胶合木网格（壳）结构设计：研究重点及动力特性

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