【摘 要】
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近年来随着国民经济的发展,现代胶合木结构以其优良的力学性能、高效的装配化、可再生生态环保等优势得到越来越广泛地推广。与此同时,建筑结构玻璃由于其采光、高强、美观、保温隔热等优良性能也越来越在建筑结构中作为其结构构件来使用。综合利用木材与结构玻璃各自的优势及特点,木-玻璃组合结构(Timber Glass Composite)可望成为一种建筑效果卓越、绿色环保同时兼具良好结构性能的新型结构形式。相对
【基金项目】
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国家重点研发计划项目:2017YFC0703507;
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近年来随着国民经济的发展,现代胶合木结构以其优良的力学性能、高效的装配化、可再生生态环保等优势得到越来越广泛地推广。与此同时,建筑结构玻璃由于其采光、高强、美观、保温隔热等优良性能也越来越在建筑结构中作为其结构构件来使用。综合利用木材与结构玻璃各自的优势及特点,木-玻璃组合结构(Timber Glass Composite)可望成为一种建筑效果卓越、绿色环保同时兼具良好结构性能的新型结构形式。相对于中国传统木结构,现代胶合木结构无论是对建筑高度还是建筑跨度以及结构布置的灵活性都相较于传统木结构有着其独到的优势。现代梁柱式胶合木结构的结构体系一般为纯梁柱框架和框架带支撑结构以及轻型胶合木结构。在现代胶合木结构体系中,梁柱的节点采用不同形式的金属连接件进行连接。国内外都对现代胶合木不同结构体系及胶合木节点连接的受力性能及加固技术等方面取得了重大的突破和积累,但大多数都只是考虑了胶合木纯框架或者带支撑框架,然而在实际的木结构建筑中还存在大量的维护和附属结构如门窗和轻质墙体等,在欧美等国家对胶合木-玻璃组合结构因其生态环保等优良性能已经开展了很多研究,对胶合木-玻璃组合梁、墙等开展了试验和有限元分析。本文基于有限元方法提出了梁柱式木结构的半刚性节点和胶合木-玻璃胶黏剂连接的非常线性弹簧的有限元分析方法。通过数值模拟分析了胶合木框架-玻璃组合墙静力荷载作用下的抗侧性能,并对不同力学性能的结构胶黏剂以及跨高比和玻璃厚度的胶合木框架-玻璃组合墙进行了参数分析。在此基础上,对比研究了胶合木框架-玻璃组合墙与胶合木框架、轻木剪力墙在抗侧力性能上的差异。本文通过有限元方法得到的主要结论如下:(1)梁柱式胶合木纯框架的承载力较低,不宜单独作为抗侧力结构构件,但胶合木框架-玻璃组合墙的承载能力和弹性抗侧刚度较纯框架和胶合木框架内填轻木剪力墙提高十分显著。(2)胶黏剂的力学性能对胶合木框架-玻璃组合墙的抗侧力性能影响较大,本文采用的两种典型胶黏剂:硅树脂的强度比聚氨酯略大,弹模是聚氨酯的3倍,相对而言聚氨酯是一种柔性胶黏剂。但在承载力方面,聚氨酯连接的组合墙却比硅树脂连接的组合墙更大,聚氨酯连接组合墙极限承载力最大可为硅树脂连接的1.23倍,这是由于聚氨酯的变形能力更好,能够在较大滑移范围内使胶合木框架与玻璃板协同作用、共同受荷,充分发挥玻璃板的强度;而在抗侧刚度和变形能力方面都和胶黏剂的性能一致,硅树脂连接组合墙的抗侧刚度位移和极限位移约聚氨酯连接的1.9和0.44倍。(3)在延性和变形能力方面,胶合木纯框架和轻木剪力墙都表现出良好的延性,两类胶合木框架-玻璃组合墙的延性系数只有纯框架和轻木剪力墙的35%和13%,表现为脆性的破坏模式;硅树脂连接组合墙的极限位移分别为纯框架和轻木剪力墙的6.4%和10.7%,聚氨酯连接组合墙极限位移分别为纯框架和轻木剪力墙的14.7%和24.6%。其荷载-位移曲线都经历了三个阶段:加载初期荷载随位移线弹性增长阶段、当达到极限荷载后荷载随位移急剧的下降阶段、当侧向力下降到最小值后荷载随位移的缓慢增长阶段。(4)胶合木框架-玻璃组合墙结构的承载力和抗侧刚度将随着跨高比的增大而增加,跨高比对胶合木框架-玻璃组合墙的变形能力和延性影响较小。(5)胶合木框架-玻璃组合墙的承载力和抗侧刚度将随着玻璃厚度增大而增加,但玻璃厚度对其变形能力和延性影响较小。
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