金属齿板连接轻型木桁架试验方法及加载程序研究

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本文通过采用新的试验方法和加载程序对3榀跨度为4.8m的芬克式金属齿板连接轻型木桁架进行静力加载的足尺试验,研究了新的试验方法和加载程序对金属齿板连接轻型木桁架的短期荷载强度、正常持荷水平下(低于持久荷载强度)的变形、金属齿板板面的等效应力、节点转角以及桁架破坏形式的影响。通过对比前期系列试验采用的试验方法和加载程序,对引入规范中的轻型木桁架加载程序的合理性作出了相应的试验验证和评价,为金属齿板连接轻型木桁架建立完善一个统一的、标准的试验方法提供数据参考,使得木桁架之间的试验数据能相互比较和引用。通过对新的试验方法和加载程序对桁架性能影响的研究,可以得到以下结论:  (1)木材是一种各向异性材料,不同的加载模式导致不同类型的反应,轻型木桁架的变形不仅包括了构件与连接的弹性变形,还包括因制作不紧密、杆件之间的缝隙、齿板与木材之间的缝隙以及木材干缩等因素造成的不可恢复变形,而不可恢复变形占到桁架破坏时变形的相当部分,本次试验桁架在经过加载程序的T1及T2阶段后产生的残余总变形占到桁架破坏时对应变形的4.88%~14.70%。而不可恢复变形会影响对桁架自身变形能力的判断,造成T3阶段在加载后期得出的挠度包括有不可恢复变形,影响对桁架承载能力的判断。故试验程序中T2阶段的进行是十分必要的。  (2)本次加载程序相比原规范 GB/T50329-2002中的加载程序而言,大幅缩短了加载时间,特别是T2阶段,缩短为原加载时间的一半,在新的加载程序下,桁架在持续时间内的变形占到持荷结束时变形的7.04%~21.32%,在持荷第24h与持荷结束挠度的差值占持荷第24h挠度值的0.44%~5.00%,之后由于制作偏差造成不密实被压实,木材蠕变减缓,桁架的变形逐渐收敛达到稳定。说明改进后的加载程序对检测轻型木桁架在正常持荷水平(低于持久荷载强度)下的变形是合理的,且将最低持荷时间定为24h是足够的。  (3)轻型木桁架对加载制度比较敏感,合理的试验方法对正确反映桁架的承载能力和变形能力显得尤为重要,在确保每级加载准确的情况下,选取的试验方法应尽量能做到三点同步加载且加载速率一致,减少加载过程中动载对桁架承载能力的影响。由此可见,采用吊篮配重的试验方法相比手摇式千斤顶更加合理准确的反映桁架的承载和变形。  (4)通过对比本次试验与前期系列试验所采用的试验方法和加载程序得出的试验数据,可以发现,新的试验方法及加载程序使得木桁架金属齿板板面等效应力和转角走势规律性更强,更能准确反映桁架支座节点的受力情况,荷载—挠度曲线的线性阶段与非线性阶段更加明显,特别是加载后期最大限度地减少了不可恢复变形对桁架变形能力的影响。  (5)对于轻型木桁架,持荷荷载越大,持荷时间越长,其强度和刚度都将受到影响,因此本次加载程序对桁架加载间隔时间作了调整,特别是T3阶段后期,加载间隔时间由原有规范的30min改为10min,对于研究桁架短期荷载强度影响比较大。
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