论文题目：胶合木梁节点竖向受力性能分析
摘要：木材是常用的建筑材料,我国古代曾使用该材料建造了无数辉煌的木结构建筑,近代随着钢筋混凝土结构的兴起,木结构建筑的建造越来越少。近年来,人们越来越注意到钢筋混凝土建筑在建造和使用过程中会造成巨大的资源浪费,并相继采取措施,例如大力提倡装配式钢筋混凝土结构以减少建造过程中建筑垃圾的产生和对环境的污染,随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高,人们对居住环境的要求日益增高,开始从最初的安全、适用、耐久等要求转变到健康、舒适、节能、环保等要求上来。木材作为一种轻质、高强、可再生、绿色环保且抗震性能优良的建筑材料再一次得到人们的重视,因此,研究木结构建筑对今后建筑的发展具有重要意义。木材是典型的非均质天然高分子复合工程材料,其力学性能除了受木材本身质量的影响,还与木材纹理的排列方向有直接关系,因此胶合木在进行组装的过程中,按照所承受的外力寻找合适的胶合木组合方式,可以在很大程度上提升胶合木结构的承载能力,从而拓展木结构建筑的应用领域。ABAQUS有限元软件可以对木材的各项性能进行模拟,通过建立胶合木有限元模型,进行胶合木结构受力状态的仿真模拟,了解不同胶合木结构在外部荷载作用下的受力性能。本论文采用木材力学性能试验研究和ABAQUS有限元仿真模拟相结合的方法,对胶合木梁竖向受力性能进行研究,其内容分为三部分:第一部分对木材力学性能进行试验研究,探究胶合木结构在抗拉、抗压时的应力-应变关系,推导胶合木构件在承受不同外力作用时木材纹路的排列方式。研究发现木材顺纹方向的抗拉性能优于横纹径向、弦向的抗拉性能,木材横纹径向抗压性能优于横纹弦向的抗压性能。因此胶合木梁在拼接时宜将顺纹方向沿梁的长度方向布置,而在胶合木梁制作过程中宜将承载能力较好的横纹径向沿胶合木梁的高度方向布置。第二部分将胶合木结构抗拉、抗压时的应力-应变关系导入胶合木梁ABAQUS有限元模型中,对节点部分进行拟合分析,并与哈尔滨工业大学的相关试验结果进行对比,发现两者均表现基本一致,在0kN—150kN时,施加荷载与胶合木梁的挠度变化基本呈线性关系,判断胶合木梁处于线弹性工作阶段;施加荷载在150kN—300kN时,随着施加荷载的增大,挠度变化速率开始明显超过荷载增加的速率,此时判断胶合木梁进入弹塑性工作阶段。研究发现,整个加载阶段ABAQUS有限元模型分析结果的挠度变化速率均大于哈尔滨工业大学第二工程质量检测站竖向承载能力试验检测结果,此现象在施加荷载超过150kN以后更为明显,施加荷载为300kN时,胶合木梁ABAQUS有限元模型挠度值比竖向承载能力试验检测结果挠度值增加了10%左右。第三部分将胶合木结构抗拉、抗压时的应力-应变关系导入长春市全民健身游泳馆大跨度胶合木结构屋顶梁节点模型及其优化模型中进行分析,并将优化模型节点分析结果与实际模型分析结果进行多方面对比,在竖向荷载作用下,纯木结构梁下侧受拉区的应力是最小的,螺栓钢节点胶合木梁和工字钢节点胶合木梁下侧受拉区的应力较纯木结构梁分别增大49.45%、19.92%;纯木结构梁的最大应变是最小的,螺栓钢节点胶合木梁和工字钢节点胶合木梁最大应变较纯木结构梁分别增大50.81%、23.77%;纯木结构梁的竖向位移是最大的,螺栓钢节点胶合木梁和工字钢节点胶合木梁竖向位移较纯木结构梁分别减小15.42%、27.97%。目前,螺栓钢节点胶合木梁已用于长春市全民健身游泳馆大跨度胶合木结构屋顶梁项目中,工字钢节点胶合木梁已形成专利,并得到国家专利局的授权。
关键词：胶合木梁;节点;竖向受力性能;ABAQUS有限元分析
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
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主要符号表
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究意义
1.3 国内外研究现状
1.4 研究目的
1.5 研究内容
1.6 研究方法
第2章 胶合木基本物理力学性能试验研究
2.1 含水率测定
2.2 密度测定
2.3 弹性常数测定
2.3.1 试验仪器、试件准备
2.3.2 顺纹抗压强度测定
2.3.3 顺纹抗拉强度测定
2.3.4 横纹抗压强度测定
2.3.5 横纹抗拉强度测定
2.4 误差分析
2.4.1 误差来源
2.4.2 误差处理
2.5 实验数据处理
2.6 胶合木梁拼接方式
第3章 有限元法探究胶合木梁节点受力性能
3.1 有限元软件概况
3.1.1 有限元法的基本思想
3.1.2 ABAQUS有限元软件简介
3.2 基本假定和理论
3.2.1 均质化假定
3.2.2 单层复合材料强度理论
3.2.3 胶合木梁的强度分析
3.3 有限元法拟合胶合木梁力学性能
3.3.1 创建部件模型
3.3.2 定义材料
3.3.3 设置分析步
3.3.4 定义荷载
3.3.5 网格划分
3.4 胶合木梁拼接节点竖向承载力复核
3.4.1 试件设计及制作
3.4.2 检测设备与装置
3.4.3 检测步骤
3.4.4 检测报告
3.5 有限元法拟合胶合木梁受力性能
3.5.1 线弹性阶段
3.5.2 弹塑性阶段
3.6 总结
第4章 基于ABAQUS有限元软件探究不同胶合木梁节点受力性能
4.1 胶合木梁有限元模型简介
4.2 ABAQUS探究纯胶合木梁的竖向受力性能
4.2.1 应力分析
4.2.2 应变分析
4.2.3 竖向位移分析
4.3 ABAQUS探究螺栓钢节点胶合木梁的竖向受力性能
4.3.1 应力分析
4.3.2 应变分析
4.3.3 竖向位移分析
4.4 ABAQUS探究工字钢节点胶合木梁的竖向受力性能
4.4.1 应力分析
4.4.2 应变分析
4.4.3 竖向位移分析
4.5 总结
第5章 结论与展望
5.1 本文主要工作
5.2 本文主要结论
5.3 展望
参考文献
致谢