铝木组合柱轴心受压性能试验研究

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随着国家对低碳环保、绿色建筑理念的不断深入,竹木等建筑材料越来越受到人们的青睐。现代木结构具有施工简便、工期短、环保节能以及抗震性能优良等优点,在国内外已经得到广泛的应用。铝木组合结构是一种利用铝材和木材组合而成的结构,它具有环保低碳、轻质、抗震性能好并且耐腐蚀等特性,由于目前钢混组合结构和钢木组合结构已经在国内外得到了广泛的应用和研究,但钢混组合结构的自重较大并且钢材易发生锈蚀,在湿度较大的环境中这两种组合结构发展将受阻。鉴于此,基于最近几年来我国对绿色装配式建筑理念的倡导,本文借鉴钢混组合结构和钢木组合结构等提出了一种由落叶松胶合木和铝合金管组合而成的铝木组合柱(ATC),并对其进行轴心受压力学性能研究与数值模拟分析。主要研究内容如下:(1)通过铝合金室温拉伸试验与木材材性试验,测定了铝合金的弹性模量、屈服强度以及木材的抗压强度、泊松比和弹性模量,分析了材料的破坏机理。(2)对7组共21根木柱、铝管柱和铝木组合柱进行了轴心受压试验,对比分析了各组试件的破坏形态,研究了试件的纵向应变、横向应变、侧向位移、极限承载力随铝管厚度以及长细比的变化规律,并探讨了铝木组合柱的破坏机理。结果表明:铝木组合柱的极限承载力较纯木柱提升了 12.6%~121.6%;由于铝管的约束作用,使得木材处于三向受压状态,组合柱的初始刚度得到提升;铝管厚度的增加能提升组合柱的整体稳定性。(3)通过对比国内规范与美国规范的理论计算公式探究了铝木组合柱极限承载力,结果表明:国内规范计算结果与试验值的平均误差为11.00%,美国规范计算结果与试验值的平均误差为14.98%,两种计算方法都与试验值吻合良好。(4)采用ABAQUS有限元分析软件,对ATC柱进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,将其分析结果与试验结果进行对比。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好。
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