自攻螺钉增强木结构螺栓节点承载力性能研究

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本文源自国家自然科学基金、南京市科技发展计划项目。采用自攻螺钉增强木结构是木结构增强领域的一项新技术,自攻螺钉增强胶合木梁柱螺栓—钢填板节点是将自攻螺钉通过电钻打入螺栓孔周边。经过合理设计,经自攻螺钉增强后的胶合木梁柱螺栓—钢填板节的承载力、延性、耗能能力等结构性能均明显提升;同时,此类增强方式具有施工便捷、造价便宜、不影响构件外观、不增加构件自重和体积等优点。本文基于国内外在此方面的研究基础,主要开展了以下几个方面的研究:  1.对9个胶合木梁柱螺栓—钢填板节点进行了单调及低周反复荷载试验,其中两个节点未采用自攻螺钉增强,作为数据对比的标准试件。主要研究其在低周反复荷载作用下的破坏机理和破坏形态,滞回特性、耗能能力、变形能力、延性等。  2.未经自攻螺钉增强的节点容易产生沿木材纹理的撕裂破坏;经自攻螺钉增强后的节点极限承载力平均提高92.5%、延性与耗能性能明显提升,其中仅加入自攻螺钉增强的节点承载力提高112%,60mm边距增强节点提高107%,40mm边距60mm端距增强节点提高71%。螺栓从未增强时刚直到增强后形成“一铰”的破坏模式。  3.采用自攻螺钉增强后的节点,可以减小螺栓的边距及端距,其值可以小于现有相关规范规定的最小值,减小螺栓边距端距后的节点承载力、延性、耗能性能较未增强时均明显提升。  4.基于现行木结构设计规范中的螺钉抗拔力计算公式,根据本文试验结果以及国外研究成果,本文推导了自攻螺钉增强后的胶合木梁柱螺栓—钢填板节点的抗弯承载力计算公式,并将理论计算结果与试验结果相对比,其结果吻合较好。  5.本文结合试验研究与国内外螺栓节点的设计规范,给出了经自攻螺钉增强后的螺栓节点设计规则,对螺栓边距端距的要求做了改变,同时给出了增强用自攻螺钉的设计与施工建议。
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