表4.16加载结果数据表注：计算简图如图4.15 所示。木梁弹性模量计算弹性模量依据公式计算：式中 P——上下限荷载，N；l——两支座间跨距，mm；b，h——试样的宽度和厚度，mm；f——上下限荷载间的试样变形值之差，mm。取上下限荷载分别为10%和40%的极限荷载值，计算得到弹性模量，过程见表4.17。除了第一个试件外，后两个试件均发生了指接处破坏。图4.19靠近受压区的破坏现象图4.20梁底指接部位破坏图......
2023-10-07
大跨度胶合木网格结构设计的试验结果和分析
【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。
图4.49 拼接节点受力简图
弯矩M 计算公式：
表4.36 拼接节点抗弯试验加载结果及弯矩承载力计算
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：
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
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
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。
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。(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。
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。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。
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
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
图4.54 节点刚度计算模型示意
表4.41 拼接节点抗弯刚度
从表4.41 中能够直观看出，节点的抗弯刚度随着轴力的增加而增大，主要原因在于：节点的构造特点决定了节点在弯矩作用下，下部的接缝位置为薄弱区域。因此构件在节点位置处的变形较大，而轴向压力越大，对接缝位置处的限制作用越明显；节点处的变形越小，节点的弹性段抗弯刚度越大。
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