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竹框架装配式梁柱节点单调加载试验

更新时间:2009-03-28

如同木结构一样,竹结构也是典型的装配式结构,工厂制作好的梁柱构件在施工现场进行组装,由于梁柱构件具有良好的整体性,因此节点是装配式结构中最薄弱的部位。在早期,木框架结构节点是传统的榫卯连接,这种节点不借助其他任何金属辅助材料,使梁柱构件形成可靠的连接,在古代社会具有很大的优势,因此这类节点非常盛行,并且在亚洲其他国家也得到广泛的应用[1-5]。这种节点由于过大的卯口,对节点的受力不利,而且在地震作用下,经常会出现榫头拔出甚至脱离的现象[6-7]。后来人们在这种节点的基础上进行了改进,用内填钢板来代替榫头,减少了柱子的开口尺寸,形成了内填钢板螺栓连接节点[8-10],这类节点的破坏形态与螺栓的直径有很大关系,其破坏特征主要表现为木梁在节点处沿螺栓孔中心线的劈裂破坏,横纹方向木纤维被拉断;当采用小直径螺栓时则表现为螺栓的弯曲破坏。这种节点具有较好的建筑美学特点,而且施工比较方便,因此得到广泛的应用。考虑到在木材上开槽的不便,于是人们直接使用螺栓将木质梁柱构件在平面外连接起来,形成木-木螺栓连接节点,通过螺栓完成荷载的传递[11-12]

木结构梁、柱植筋节点也是一种应用比较广泛的节点,在梁内顺纹植筋,与木柱用螺栓固定或胶结固定,通过木材的顺纹抗剪作用将梁上荷载由所植钢螺杆传递给木柱,通过良好的施工,该类节点具有较好的承载力[13-16]

上述节点在实际工程中都有应用,也很好地解决了梁柱的连接,但是不能同时解决柱柱连接的问题,而对于多高层结构来说,保证柱子的竖向连贯性很重要,为此,笔者设计一种新型的节点,此节点既可以完成梁柱构件的连接,也可以实现柱子的竖向连接贯通,能很好地解决木结构梁柱、柱柱间的连接,为了充分了解该节点的性能,对其展开相关试验研究,为工程应用做理论指导。

1 材料与方法

1.1 试件制作

试验节点包括钢结构连接部分和重组竹梁柱构件两部分组成,为了比较节点钢结构部分关键部位的钢板厚度对节点受力性能的影响,共设计4个试件,除了钢板厚度外,其余条件均相同,其中MJ1、MJ3、MJ4 3个试件的柱套钢板厚度不同,梁翼缘钢板均为3 mm厚;而MJ1、MJ2两试件,则是节点柱套钢板厚度均为5 mm,翼缘钢板厚度不同,试件的详细情况见图1,尺寸详图见图2。

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图1 梁柱节点详图Fig. 1 Construction detail of connections

  

单位:mm图2 试件尺寸详图Fig. 2 Detailed parameters for specimens

重组竹部分均相同,每段重组竹柱的截面尺寸均为200 mm×240 mm,长度为700 mm;重组竹梁的截面尺寸为55 mm×120 mm,长度为1 050 mm,两片梁平行放置。钢结构连接部分是节点的重要部分,一方面将柱子竖向贯通形成一个完整的竖向支撑体系,传递竖向荷载,另一方面将梁上荷载传递给柱。为此,4片钢板围焊在一起形成柱筒,柱筒中间焊接一块钢板,以增加柱筒刚度,并分隔为上、下两空间便于放置重组竹柱,工字形梁的翼缘焊在柱套钢板上,腹板与柱套钢板上的剪力连接键用螺栓连接。用4φ14的螺栓将柱套与上下重组竹柱固定在一起,两块重组竹梁夹住工字形梁的腹板,并用4φ16的螺栓固定。在重组竹梁的端部用碳纤维布缠绕一周以防止木材沿螺栓孔中心线的劈裂破坏。

1.5 试剂性能验证及结果判读标准 选择上述不同IHC级别的标本,共25例,按照优化后条件行FISH检测。结果判读参照乳腺癌HER2检测指南(2014版)[2]选择至少2个视野,随机计数至少20个浸润细胞。①当HER-2/CEP17比值≥2.0时,HER-2为阳性;HER-2/CEP17比值<2.0,但平均HER-2拷贝数≥6.0时,HER-2阳性;HER-2信号连接成簇时,可不计数,直接视为基因扩增。②当HER-2/CEP17比值<2.0,且平均拷贝数/细胞<4.0时,HER-2阴性。③当HER-2/CEP17比值<2.0,平均HER-2拷贝数在4.0~6.0之间,结果判为不确定。

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XU M G, QIU H X. Experimental study on seismic behavior of mortise-tenon joints of ancient architectures[J]. Building Structure, 2011, 27(7):56-58.

 

表1 节点各部位钢板厚度Table 1 Thickness of steel plates /mm

  

试件柱套板梁翼缘梁腹板剪力键横隔板MJ1531085MJ2541085MJ3431085MJ4631085

 

表2 钢材的力学性能Table 2 Mechanical property of steel plates

  

板厚/mmσy/MPaσu/MPaεy/%εu/%Es/MPa32633721.98318.3219 52342563811.83120.2319 87152603581.92019.5620 52262493631.85318.9220 24682513681.91519.0120 042102383752.05218.7619 197

注:σy为屈服强度;σu极限强度;εy为屈服应变;εu为极限应变;Es为弹性模量。

1.2 试验装置

根据场地的实际情况,重组竹柱水平放置,柱上共开设4个直径32 mm的螺栓孔,用4个30 mm的螺杆固定在地槽上,水平荷载作用在梁端,加载装置如图3所示,助动器中心线与柱上表面的距离为1 000 mm。

  

单位:mm图3 试验装置Fig. 3 Experiment setup

3)节点的弯矩-转角曲线近似于两折线形模型,节点的第一刚度与柱套钢板和梁翼缘钢板的厚度有明显的相关性。4个试件的第一刚度分别为283,396,241和622 kN·m/rad,在相同的梁翼缘钢板厚度下,增加柱套钢板厚度,可以提高节点的第一刚度;在相同的柱套钢板厚度下,增加梁翼缘钢板厚度,也可以提高节点的第一刚度。

2 结果与分析

节点的弯矩-转角曲线是描述节点性能的重要指标,此处的节点弯矩是节点梁端处的弯矩值,是作用在梁端的竖向荷载与距离的乘积。由于柱子的截面尺寸较大,其截面的刚度也大,在本试验中的荷载作用下,其变形可以不用考虑,故此处的距离取加载点到柱边的乘积,因此节点的弯矩可用公式(1)来表示:

M=P×Lload

(1)

式中:P为梁悬臂端助动器所施加的荷载值,最大荷载值见表3;Lload为助动器中心线到柱上表面的距离。

该系统提供了强大的系统报警功能。在基于以上诊断识别出异常信息时,该系统中会产生详细的报警信息,同时根据事先设定好的接收人员,自动将报警以短信形式推送至相关人员手机,操作人员可以通过派单形式下发至巡检人员进行现场巡检,自动记录巡检内容。

而节点的转角定义为梁柱中心线的夹角变化情况,由于不考虑柱子的变形,因此仅考虑梁中心线位置的变化。梁的中心线位置是有多种因素影响的,包括柱套钢板的变形,梁翼缘钢板的受拉变形,梁的剪切变形等。所有这些因素引起的变形总和均反应到梁的中心线位置的变化,因此节点的转角可用下面公式来表示:

[4]CHANG W S, SHANKS J, KITAMORI A, et al. The structural behaviour of timber joints subjected to bi-axial bending[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2009, 38(6): 739-757.

φ

(2)

式中:Δ4为4#位移计所测的水平位移值。根据公式(2)所的各节点的最大转角见表3。

 

表3 主要试验结果Table 3 Main results of tested specimens

  

试件梁端荷载Pmax/kN梁端位移Umax/mm节点弯矩Mmax/(kN·m)节点转角φmax/rad梁翼缘计算压力/kN梁翼缘屈曲临界力/kNMJ1(5-3)12.1070.2812.100.09560.5010.60MJ2(5-4)16.6095.3616.600.09783.0025.58MJ3(4-3)11.7082.0011.700.08058.5010.60MJ4(6-3)14.6376.0014.630.07973.1510.60

注:括号中的数据表示节点中柱套钢板和梁翼缘钢板的厚度,单位均为mm;梁翼缘计算压力根据试验荷载Pamx和弯曲理论计算得到。

2.1 节点梁翼缘的屈曲临界力计算

如图3所示,在梁端水平荷载作用下,节点梁翼缘钢板一侧受拉,另一侧受压,由于节点梁翼缘钢板厚度较小,且无侧向支撑长度较大,容易发生轴向受压屈曲而丧失稳定,节点梁翼缘的轴压临界力可采用文献[17]推荐的公式计算:

 

(3)

式中:E为钢材的弹性模量,MPa;I为无支撑翼缘钢板的截面惯性矩,mm4l为无支撑翼缘钢板的长度,本研究l为100 mm;由于梁无支撑翼缘的一端是固定的,另一端在水平荷载作用下水平位移较小,根据文献[17],l的长度近似取实际长度的0.7倍。4个节点试件的梁翼缘屈曲临界力理论计算值和节点梁翼缘计算压力值见表3。

(1)先用BIM软件将管道系统根据工艺需求和工程进度安排划分为多个预制加工工段,再对每个预制加工段进行定位、分段切割等。

2.2 破坏特征

4个试件的破坏形态详图见图4,构件的破坏是有多种因素共同作用引起,受压翼缘的屈曲和与受拉翼缘相连的柱套钢板的平面外弯曲变形是几个试件破坏的共同特点。

  

图4 试件的破坏特征 Fig. 4 Failure mode of specimens

9月5日,美国商务部发布数据显示,7月份贸易账户逆差501亿美元,为5个月来最高;其中,出口环比下降1%至2111亿美元,进口环比增长0.9%至2612亿美元;1—7月份贸易账户逆差累计3380亿美元,同比增长6.5%;分国别看,7月份与中国商品贸易逆差环比上升10%至368亿美元,与墨西哥贸易逆差环比缩小25.3%至55亿美元,与加拿大贸易逆差环比扩大57.5%至31亿美元,与欧盟贸易逆差环比扩大50%至176亿美元。

2.3 梁的荷载-位移曲线

4个节点试件在单调加载时梁的荷载-位移曲线见图5,每张图有3条曲线,分别代表3个位移计的试验结果,其中,5#位移计测量梁端加载处的位移,3#位移计用测量离柱上表面100 mm处的位移,4#位移计用来测量离柱上表面200 mm处的位移。总的来看,每个试件的3#,4#及5#位移计测试结果与他们到柱边缘的距离相符合,但是每个试件中5#位移计的数据与其他两组数据明显不同,3#,4#位移计的数据曲线近似线性关系,5#位移计的数据曲线则带有明显的非线性特征,主要原因是因为重组竹梁的弹性变形以及梁腹板上螺栓孔间隙引起的转动。

  

图5 试件中梁的荷载-位移曲线Fig. 5 Load-displacement curves of beam of specimens

2.4 节点弯矩-转角曲线及方程

4个节点试件的弯矩-转角曲线如图6所示,节点转角采用4#位移计的试验结果计算得到。在整个加载过程中,几乎每个试件都获得相似的反应。每个试件的弯矩-转角曲线都有一个转折点,转折之前的刚度称之为第一刚度K1,转折之后的刚度为第二刚度K2

  

图6 试件的弯矩-转角曲线 Fig. 6 Moment-rotation curves of specimens

根据4个试件的弯矩-转角(M-θ)曲线分析,将试件的M-θ曲线简化为图7所示的两折线形模型,两折线的刚度值根据实验结果得到,结果见表4。节点的力学模型参见公式(4):

 

(4)

表4结果表明,对于不同厚度柱套钢板的试件MJ1、MJ3、MJ4,钢板的厚度越大,节点的刚度越大;对于MJ1、MJ2节点,增加节点梁翼缘钢板的厚度,有利于提高节点的第一刚度。

  

图7 节点的弯矩-转角曲线Fig. 7 Moment-rotation curve of connection

 

表4 节点曲线刚度Table 4 Stiffness values of the curve

  

试件刚度参数/(kN·m·rad-1)第一刚度/K1第二刚度/K2MJ1(5-3)28375MJ2(5-4)396140MJ3(4-3)241121MJ4(6-3)622176

3 结 论

通过对4个装配式梁柱节点试件的单调加载试验,研究了节点的荷载-位移曲线、弯矩-转角曲线、转动刚度及承载力等力学性能,得到了以下结论:

MJ1试件破坏时,梁受压翼缘屈曲,与受拉翼缘相连的柱套钢板因为受拉而发生轻微的变形。MJ2试件破坏时,除了梁受压翼缘屈曲外,和梁受拉翼缘相连的柱套钢板的受拉变形明显。和MJ1相比,MJ2的翼缘钢板稍厚些(柱套钢板厚度相同),因此,其受压屈曲时的承载力也更大些,相应柱套板的变形也会大些。MJ3试件除了受压翼缘屈曲外,受拉的柱套变形也较小。而MJ4试件破坏时,受压翼缘屈曲,但柱套钢板的变形很小,几乎看不出来。从上述结果可知,节点破坏时的变形特征与节点柱套钢板与梁翼缘钢板厚度比有很大的关系,厚度比越大,柱套变形越小。主要原因是因为柱套钢板厚度越大,刚度越大,变形就越困难。所有的试件破坏时,连接螺栓均保持完好,没有屈服现象发生。

1)在单调加载情况下,MJ1、MJ2、MJ3和MJ4 4个节点试件的极限转角分别为0.095,0.097,0.080和0.079 rad。

2)4个试件的极限承载力分别为12.10,16.60,11.70和14.63 kN,对于具有相同梁翼缘钢板厚度而不同柱套钢板厚度的MJ1、MJ3和MJ4 3个试件,其承载力随柱套钢板厚度的增加而提高;而对于具有相同柱套钢板厚度MJ1和MJ2两个试件,提高节点梁翼缘钢板厚度可以提高其承载力。采用欧拉公式计算的承载力与试验结果有较大的差异。

为了测量试件在荷载作用下的变形,其位移计安装在如图3所示位置,1#、2#两个位移计分别位于节点梁翼缘处,用来测量此处柱套钢板的变形;3#、4#及5# 3个位移计用来测量不同位置梁的水平位移,试验中的荷载值、位移值均有TDS530完成采集。本实验采用单调加载法,直至构件破坏,加载速度为2 mm/min。

有无局部现浇的墩柱在节段底部与承台之间的相对滑移上也有很大差异,如图10所示,图10(a)为无耗能钢筋的2个墩柱,图10(b)为有耗能钢筋的2个墩柱.从图10中可以看出,局部有现浇混凝土的墩柱在节段墩柱底部的相对滑移较大,说明墩柱节段通过局部现浇的连接方式会使墩柱各个节段有很好的整体性,在实际施工中只需对墩柱底部进行细部处理即可.

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算法在Window7系统上运行,系统配置为第五代智能英特尔酷睿i7处理器2.40 GHz和8G内存。使用MATLAB软件编写程序并进行了仿真。探测器单元为512个,射线源沿着R=100mm的圆周以ω=2π/s的角速度旋转,在π范围内获取180组投影。进行了两组实验。并给出传统方法和本文方法的校正结果。

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通过本次回顾分析,发现了活血止痛胶囊在临床使用的新情况,尤其对于临床使用较普遍、而说明书没有标明的超适应症用法,值得企业主动开展研究。一方面通过针对性、验证性研究有可能发现更多的适应症,弥补了上市前研究的种种不足;还可从上市后真实的使用情况开展研究,减少实验室研究的盲目性。另一方面,揭示了过去未知的风险因素,通过有效控制以提高药品的安全性。

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试件所有的钢材均为Q235B,节点相关部位钢板厚度见表1,钢材的力学性能见表2,试件所采用的螺栓均为M8.8级,φ14螺栓的抗拉强度平均值为810 MPa,φ16螺栓的弯曲抗拉强度平均值为2 240 MPa。试件中重组竹的顺纹抗拉强度为100 MPa,弹性模量为10 500 MPa;顺纹抗压强度为65 MPa,弹性模量为9 500 MPa。

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(2)民俗风情生态游。张家界属于民族地区,生活在此的民族主要有土家族、白族、苗族。但是与相邻近的湘西州、恩施州相比较,民族人口密度不高、民族资源不算丰富。因此对于此类偏弱势的旅游资源,不能按照民族聚居地区的开发模式进行生搬硬套,这样开发出来的产品不具备市场竞争力。将民俗风情融入到景区开发中,是一个比较合适的选择。比如,在景区基础设施的建设中,可以把土家族、白族、苗族的民族元素展示到建筑设施中,这样既美观又实用;在景区周边开设剧场,进行民俗歌舞演艺,生动地向游客展示民俗风情;邀请专家设计具有民族特色的旅游商品,要注重产品的高品味,避免随市场的大流。

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从根本上说,“帝国的怀旧”与罗曼司的复兴是一体之两面,反映了维多利亚时代后期的政治无意识,即“反讽性地通过求助于一个被创造出来的过去来使自己心安理得”〔1〕140,这种叙事动机反映在叙事模式上,是从诗性的反思转到行动和冒险,刺激因物质主义和功利主义而萎靡下去的帝国精神;反映在主体意识上,则是从重视特立独行的个体精神,转为强调青少年的纪律、服从、勤勉和团队精神,为帝国的进一步扩张培养合格的管理人才。

本文以某市昆明路段地下综合管廊的三维模型建设为例,重点介绍采用移动三维激光扫描仪来扫描获取点云数据,经过数据处理,基于点云在3Ds Max中建设三维模型,实现地下综合管廊的三维可视化。

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周军文,黄东升,黄子睿,沈玉蓉
《林业工程学报》 2018年第03期
《林业工程学报》2018年第03期文献

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