[发明专利]一种螺栓与齿联合传力钢木节点最优布齿率的确定方法

说明书

本发明涉及一种螺栓与齿联合传力钢木节点最优布齿率的确定方法，采用如下步骤：以夹板布齿率为参数设计一组受弯构件；利用有限元软件ABAQUS进行弹塑性受力分析并拟合出构件极限弯矩计算公式；绘制各构件的初始刚度以及极限弯矩随布齿率的变化曲线；根据曲线的临界点确定最优布齿率。在木结构螺栓连接中，可以通过在钢夹板上布设钢齿以提高节点的初始刚度和承载力，而在实际应用中，缺乏理论依据，钢齿的布置仅按照经验来确定，本发明针对钢齿布置技术研究的不完善，提供了一种螺栓与齿联合传力钢木节点最优布齿率的确定方法，通过在钢夹板上合理布置钢齿，既能最大限度地提高了节点的初始刚度和极限承载力，又便于构件的加工，具有较好的经济性。

技术领域

本发明涉及木结构节点设计领域，具体涉及一种螺栓与齿联合传力钢木节点最优布齿率的确定方法。

背景技术

随着绿色节能建筑的发展以及政策的鼓励，木结构在我国逐步得到发展。在木结构螺栓连接中，螺栓孔附近木材应力状态复杂，节点处木材易发生开裂从而导致节点承载力下降，同时木结构螺栓孔与螺栓之间存在初始间隙，影响节点刚度。

目前针对上述问题可通过在钢夹板上布设钢齿来提高节点的初始刚度和承载力，而在该类节点的设计中，缺乏理论依据，仅按照经验在钢夹板上布设钢齿，并且尚无对于钢齿布置数量对节点力学性能影响的研究。

发明内容

本发明针对螺栓与齿联合传力钢木节点钢齿布置技术研究的不完善，提供了一种螺栓与齿联合传力钢木节点最优布齿率的确定方法。

为实现上述目的，本发明包括以下步骤：

第一步：以布齿率为变量，其他参数保持不变，设计一组螺栓与齿联合传力钢木节点受弯构件，其中，布齿率为钢齿总截面面积与钢夹板腹板与木梁接触面的面积之比；

第二步：通过有限元软件ABAQUS建立有限元模型，所有单元均为C3D8R，模型中对各接触对的法向和切向关系进行定义来模拟各部件之间的相互作用，法向作用为硬接触，切向作用为库伦摩擦；

第三步：通过受力分析得到钢木节点受弯构件的弯矩-转角曲线，由曲线求得各个钢木节点受弯构件的极限弯矩M；

第四步：根据极限弯矩10％的弯矩值、40％的弯矩值与对应的转角，利用公式(1)计算节点的初始刚度k：

式中M_40％为极限弯矩40％的弯矩值，M_10％为极限弯矩10％的弯矩值，θ_40％为M_40％对应的转角，θ_10％为M_10％对应的转角；

第五步：计算带齿节点与不带齿节点初始刚度的比值R_k，并绘制R_k与布齿率的关系曲线；

第六步：拟合出木构件破坏时螺栓与齿联合传力钢木节点极限弯矩M计算公式(2)-公式(5)：

f_cbh＝2(nZ_b+n_tγZ_t) (2)

M_w＝2(nZ_b+n_tγZ_t)e (3)

Z_b＝k_cl_sdf_em (4)

Z_t＝l_td_tf_em (5)