集层竹木销连接的力学性能
摘要:
竹子是一种具有较高比强度的绿色材料,而其空心管状结构使其在结构中很难被利用。胶合和热压工艺使层压竹材的横截面呈矩形,并具有高强度特性。销连接可代替I-型托梁中昂贵的粘合剂,但其性能极为复杂。欧洲屈服模型(EYM)已被证实是用来估算连接的负载能力的有效方法,并已被各类标准和设计规范所采用。本文重点介绍了一种与层压竹木榫钉的新型连接方式。并进行单孔承压试验以研究层压竹木构件的承压强度;进行横向载荷下的连接测试,以研究其性能和承载能力。最后,将当前由设计规范所给定的理论结果与实际实验结果进行比较。
关键词:销连接 承压强度 欧洲屈服模型 集层竹木 承载能力
1介绍
竹子是一种天然的、具有可再生能力和可生物降解特性的速生材[1],这使其成为使用广泛的优良经济资源。此外,研究表明,竹子在能源消耗与环境成本方面的环保性能与木材相比都更为出色[2]。
竹材外部的抗拉强度可高达580 MPa[3],比结构钢材的抗压强度高350 MPa。虽然竹子是空心管状结构,但整根竹子的拉伸强度仍接近90 MPa[4]。比模量接近钢材,比抗拉强度约为钢材的四倍[5]。然而,生竹截面为圆形和其直径小的特点是其在制造大截面构件、连接设计以及实现预制方面上最大的障碍。工程复合竹材料(例如层压竹木(LBL))是一种较为良好的解决方案,因此其在绿色建筑领域中越来越受欢迎。LBL是通过将竹片与树脂通过热压形成矩形横截面制成的。
I型托梁广泛用于预制构件中。对于工程竹材I型托梁,尽管粘合剂成本较高且强度受到限制,但至今仍将其用于连接构件中[6]。因此,销连接的发展应当可以说还是较为可观的。对木材销连接的研究表明,垂直于木纹方向较低的承压强度、抗剪强度和抗拉强度限制了连接的性能[7][8][9][10][11][12][13][14][15]。作为一种高强度材料,LBL被认为是作为销连接材料的理想选择。
使用各种方法(例如,基础上的线性或非线性梁,断裂力学概念和有限元方法)对连接行为(例如强度和刚度)进行建模[16][17][18][19][20][21][22][23][24]。其中最常见的方法是欧洲屈服模型(EYM)。EYM最初由Johansen[25]提出,并由Larsen[26]不断发展。通过实验研究,Moller[27],Meyer[28],McLain和Thangjitham[29],Brungraber[30]和Soltis[31]等验证了平行和垂直加载的理论。从那时起,EYM便开始广泛用于木材之间的钢销连接,并在全球范围内被各类标准和设计规范所采用。
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