项目名称: 重型木框架梁柱螺栓节点弯剪受力性能和变异性研究

项目编号: No.51478336

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 建筑科学

项目作者: 宋晓滨

作者单位: 同济大学

项目金额: 83万元

中文摘要: 重型木结构木可永久储存碳,减少温室气体排放,且其构件尺寸较大,具有高强、抗火和耐久等优点。然而,重型木结构结构冗余度较低,且有木结构“强构件弱节点”的共性,因而节点性能研究是热点和难点。课题以重型木框架梁柱螺栓节点为研究对象,针对节点弯剪复合受力机制还未被充分认识的现状和体系“强构件弱节点”的特点,研究节点弯剪承载力及其变异性和性能提升方法。以纯弯、纯剪和弯剪复合加载实验和精细化有限元数值模拟为手段,研究节点承载力和弯剪相关关系;以随机有限元、方差分析和反应面方法揭示节点承载力概率分布规律,提出节点承载力取值方法;以采用自攻螺丝、交叉胶合木和碳纤维布缠绕等方法的节点试验和数值模拟量化节点性能提升效应,建立定量分析和计算方法。研究工作可加深对节点受力性能的认识,建立基于概率的节点性能取值方法和定量的性能提升分析方法,改善重型木结构节点和体系性能,提升我国重型木结构的研究和工程应用水平。

中文关键词: 重型木结构;梁柱螺栓节点;弯剪复合受力;概率分布规律;性能提升

英文摘要: Heavy timber structure is a desirable engineering solution for its being green building and having high sustainability, strength-to-weight ratio, fire resistance and durability, etc., and thus has broad application prospects in China. Generally, heavy timber structures have low structural redundancy, compared with light frame wood constructions, since relatively fewer structural elements are used due to their high strength resulted from larger member sizes. Connection plays a key role in the safety and serviceability of the entire structural systems and thus has long been considered as the major difficulty and one of the hot research topics of heavy timber structures. For bolted beam-to-column connections of heavy timber frames, the perpendicular-to-wood-grain tensile failure mechanism and the combined shear and bending resistance of such connections has not been sufficiently incorporated in current design methods and theories, and thus the proposed project is intended to focus on the combined shear and bending resistance and its probabilistic distribution and reinforcing methods of such connections. Full-scale pure shear, pure bending and combined shear and bending tests will be conducted in conjunction with refined finite element method based modeling to identify the interaction law of the shear and bending load effects, as well as to establish a practical correlation curve. Stochastic finite element method based modeling, analysis of covariance and response surface method will be employed to reveal the probabilistic distribution characteristics and to refine the practical correlation curve based on the reliability analysis theories. Connections reinforced with self-tapping screws, locally cross-laminated timber and fiber reinforced polymer sheets will be tested, and the concept of effect reinforcing ratio will be introduced for quantitative evaluation and optimization of the afore-mentioned reinforcing methods, based on which a practical reinforcing design approach will be established based on the effective reinforcing ratio. The framework and the knowledge generated from the proposed research work can be used as reference for improvement of the structural performance and reliability of heavy timber structures and the implementation of relevant design codes, as well as to enhance the academic research and engineering applications of such structural systems in our country, and thus are of both academic and practical significance.

英文关键词: Heavy timber structure;bolted beam to column connections;combined bending and shear;load carrying capacity;probabilistic distribution

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