大跨度胶合木网格结构设计的试验结果和分析

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：表4.38拼接节点抗弯试验截面名义压应力试验同设计对比4.6.5.2试验现象由于拼接节点在梁底具有接缝，故此处为薄弱位置。图4.51拼接节点抗弯试验试件截面中部劈裂裂缝图4.52拼接节点抗弯试验试件顶部压溃4.6.5.3试验曲线及分析1）试验曲线绘制节点的弯矩-变形曲线，如图4.53 所示。表4.39拼接节点抗弯试验曲线屈服点坐标由图4.54、表4.39 可以看出，曲线可以分为两组：试件KW1 及KW2 的曲线呈阶梯状，试件KW3、KW4、KW5 的曲线较平滑。

4.6.5.1　承载力

依据简图4.49 及公式（4.1），根据加载设备测得的力及位移，计算得到跨中区段弯矩承载力。上述加载结果及计算得到的弯矩承载力均列于表4.36 中。

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图4.49　拼接节点受力简图

弯矩M 计算公式：

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表4.36　拼接节点抗弯试验加载结果及弯矩承载力计算

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注：“轴力FN0（FN1）”一栏中，FN0 表示竖向作动器开始加载时对应的轴力初始值；FN1 表示加载过程中竖向作动器加载力达到峰值时的轴力数值。

由于截面内力包含弯矩和轴力两部分，为便于同设计值进行对比从而判断节点的安全性，统一以截面压应力进行对比；依据式（4.2）、式（4.3），按照全截面计算得到的受压区名义压应力见表4.37。

试件跨中区段的名义压应力σ1 及σ2 计算公式如下：

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式中　W、A——200mm×400mm 的矩形截面对应的截面抵抗矩和面积。

表4.37　拼接节点抗弯试验名义压应力计算

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从表4.37 可以直观看出，在压弯状态下，施加的轴力越大，跨中区段的名义压应力越大，且越接近GL28h 木材本身对应的顺纹抗压强度。

设计方给出的最不利内力条件为：最大轴力512kN，对应弯矩33kN · m。据此计算截面名义设计压应力，并同试验结果进行对比，见表4.38。

表4.38　拼接节点抗弯试验截面名义压应力试验同设计对比

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4.6.5.2　试验现象

由于拼接节点在梁底具有接缝，故此处为薄弱位置。在前一阶段试验中，曾对节点进行过纯弯加载和考虑轴向限位的加载工况，试验发现节点由于下部接缝处的张开而发生突然的脆性破坏。

本次试验中，在竖向加载前，先对梁轴向施加一定数值的压力，使节点处预先处于受压状态，从而延缓节点下部接缝的张开；开始竖向加载后，节点截面受到弯矩作用，上部受压、下部受拉，受弯压应力将与轴力压应力叠加，而受弯拉应力将与轴力压应力抵消。

因此，不同大小的轴力在不同程度上调节了截面的应力分布，从而使试件的破坏模式有一定的区别。其中，节点破坏后，整体情况如图4.50 所示。

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图4.50　拼接节点抗弯试验试件破坏整体情况

对于预加较小轴力的试件KW1 及试件KW2，首先在跨中的搭接处产生一条较明显的劈裂裂缝（图4.51），并伴随较大的声音，承载力有少量下降，但随着继续加载而提高，最终节点在受压区发生明显的压溃（图4.52），表明节点以顺纹受压破坏方式发生失效。(https://www.chuimin.cn)

对于预加较大轴力的试件KW3～KW5，与试件KW1、KW2 不同，节点处没有出现明显的劈裂，加载过程比较平缓；最终节点受压区发生明显的压溃，从而发生木材的顺纹受压破坏。

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图4.51　拼接节点抗弯试验试件截面中部劈裂裂缝

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图4.52　拼接节点抗弯试验试件顶部压溃

4.6.5.3　试验曲线及分析

1）试验曲线

绘制节点的弯矩-变形曲线，如图4.53 所示。其中，弯矩通过式（4.1）计算而得，而变形由作动器处传感器测得的位移量表示。

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图4.53　拼接节点抗弯试验弯矩-变形曲线

通过CSIRO 方法确定图4.54 中曲线的屈服点Y1～Y5，其对应坐标见表4.39。其中，CSIRO 方法将屈服点确定为“0.4 倍最大承载力对应位移的1.25 倍所对应的数据点”。

表4.39　拼接节点抗弯试验曲线屈服点坐标

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由图4.54、表4.39 可以看出，曲线可以分为两组：试件KW1 及KW2 的曲线呈阶梯状，试件KW3、KW4、KW5 的曲线较平滑。

试件KW1、KW2 的“阶梯状曲线”表明，在加载过程中，试件多次发生突然的承载力下降，但由于轴向压力的作用，试件没有完全丧失承载力，相比于前一阶段试验（纯弯及考虑轴向限位）的脆性破坏而言，节点的破坏模式得到了很明显的改善。

试件KW3、KW4、KW5 属于典型的延性破坏，在承载力达到峰值之后，随着位移的继续增大，曲线平缓下降，直到位移过大而停止加载。这说明较大的轴向压力的作用，能够提高节点在抗弯时的延性。

2）节点抗弯刚度

试验得到的“竖向加载力-跨中相对挠度”关系曲线，不便于直接得到设计模型中所需的以“kN · m/rad”为单位的半刚性抗弯刚度。在SAP 中建立相同支座条件和材料的杆件模型（仅节点刚度采用假定数值进行尝试），以“跨中相对挠度相等”为原则，通过试算来确定节点的抗弯刚度数值。其中，通过CSIRO 方法确定的曲线屈服点列于表4.40，试件的模型示意图如图4.54 所示。计算得到的节点抗弯刚度见表4.41。

表4.40　拼接节点抗弯试验加载曲线刚度计算采用数据点

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