胶合木轴心受压柱稳定承载力数值模拟及设计方法研究

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本文利用压杆挠曲线法(CDC法)建立数值计算模型,对胶合木轴心受压柱的稳定承载力进行了数值分析。主要完成了以下几个方面的工作:  ①采用CDC法建立了数值计算模型,在算法上对传统的CDC法做了较大的改进:在杆件的层面上建立变形与荷载的关系以及在截面的层面上建立弯矩-压力-曲率的关系。同时在模型中考虑了木节的影响,木节的位置由自编程序随机产生,以模拟实际工程中木节在构件中的随机分布。通过计算发现:木节的位置对稳定承载力有较大的影响。  ②本课题属于国家自然科学基金项目,前期共做过两批胶合木轴心受压柱的稳定承载力试验:一是欧洲云杉胶合木轴心受压柱稳定承载力试验,二是北美花旗松胶合木轴心受压柱稳定承载力试验。通过代入试验的初始数据,利用数值计算模型计算出理论的数值计算结果,并与试验结果进行对比验证了模型的正确性和合理性。  ③分析了本构模型、初始几何缺陷、力学性能、木节和截面尺寸这5个影响因素对胶合木轴心受压柱稳定承载力的影响。通过比较最终选用Glos本构进行分析计算。在分析初始几何缺陷时,分别计算比较了3种初偏心和3种初弯曲下的稳定承载力。计算表明,初始几何缺陷的影响较大。在分析力学性能时,计算了4个树种等级的稳定承载力,并分析了材料变异性对稳定承载力的影响。计算表明,4个树种等级的柱子曲线当横坐标采用相对长细比时相差较小,材料变异性的影响可以忽略不计。在分析木节时,分析计算了木节尺寸和木节率对稳定承载力的影响。计算表明,木节尺寸越大、木节率越高,对稳定承载力的降低幅度越大。在分析截面尺寸的影响时,计算了层板宽度和层板数对稳定承载力的影响。计算表明,截面尺寸的影响较小,可以忽略不计。  ④计算了胶合木同等组合强度等级所用的4个树种等级、2个层板材质等级共8个强度等级的轴心受压稳定承载力。将计算的数据点与我国《木结构设计规范》GB-50005-2003、《胶合木结构技术规范》GB/T50708-2012、美国《木结构设计规范》(NDS)和欧洲《木结构设计规范》的轴心受压杆件的稳定计算公式进行对比。然后用Ylinen公式、Perry公式和文献[31]的设计公式对数据点进行拟合,得到了数值计算结果的回归公式。最后根据回归公式提出了胶合木轴心受压柱稳定系数的建议公式。
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