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    竹皮碎屑梁柱節(jié)點(diǎn)性能研究

    2017-04-12 00:00:00左國(guó)稷

    【摘要】為了研究竹皮碎屑和502膠水制作的梁柱節(jié)點(diǎn)性能,本文采用了人工砝碼加載和全站儀測(cè)量撓度、轉(zhuǎn)角的實(shí)驗(yàn)方法。探討了竹皮碎屑和502膠水質(zhì)量的多少對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)性能的影響,并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷節(jié)點(diǎn)類(lèi)型和計(jì)算碎屑節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度,可為選擇性?xún)r(jià)比最優(yōu)的碎屑節(jié)點(diǎn)提供參考。

    【關(guān)鍵詞】竹皮碎屑;梁柱節(jié)點(diǎn);節(jié)點(diǎn)類(lèi)型;502膠水

    1、引言

    建設(shè)部于2001年通過(guò)了18個(gè)包括鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及其關(guān)鍵試點(diǎn)工程的立項(xiàng)。研究?jī)?nèi)容中包括研究設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)連接標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn),研究開(kāi)發(fā)利于加工、安裝、抗震性能更好的節(jié)點(diǎn)連接方式。其中梁柱節(jié)點(diǎn)的連接是鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵,其性能直接影響著結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定。因而研究梁柱節(jié)點(diǎn)連接的力學(xué)性能和優(yōu)化梁柱節(jié)點(diǎn)的連接有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本試驗(yàn)在鋼結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上,選用竹皮材料和502膠水,制作6組梁柱節(jié)點(diǎn)模型并對(duì)各模型節(jié)點(diǎn)性能進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)6組梁柱節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行加載試驗(yàn),測(cè)得模型撓度和轉(zhuǎn)角等試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步判斷節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型并初步計(jì)算碎屑節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度,從而為選擇最優(yōu)竹皮碎屑節(jié)點(diǎn)及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考[1-3]。

    2、試驗(yàn)方案

    2.1試件

    本試驗(yàn)材料采用杭州某生產(chǎn)廠家提供的三年生毛竹竹皮和某品牌的502膠水。試件由0.5mm厚竹皮紙和502膠水粘接而成,節(jié)點(diǎn)部分采用竹皮碎屑和502膠水進(jìn)行粘接。試樣共分6組,即模型1到模型6,每個(gè)模型均有A,B,C,D四個(gè)測(cè)點(diǎn),其中梁柱模型均采用箱形截面,具體尺寸如圖1所示。其中陰影部分為竹皮碎屑和502膠水粘接區(qū)域。

    2.2實(shí)驗(yàn)步驟

    (1)利用竹皮紙和502膠水,制作梁柱模型(6組),分別對(duì)梁和柱進(jìn)行稱(chēng)量,利用竹皮碎屑節(jié)點(diǎn)連接梁柱后再次稱(chēng)量,計(jì)算節(jié)點(diǎn)質(zhì)量,并記錄數(shù)據(jù);

    (2)梁柱模型固定在底板上,對(duì)梁的懸臂端(測(cè)點(diǎn)A),中間(測(cè)點(diǎn)B),節(jié)點(diǎn)處(測(cè)點(diǎn)C)和柱子中點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)D)處進(jìn)行標(biāo)記,再對(duì)梁懸臂端分級(jí)加載,每加載一次,用全站儀測(cè)量每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的撓度和轉(zhuǎn)角,并記錄數(shù)據(jù);

    (3)整理數(shù)據(jù),分析判斷節(jié)點(diǎn)類(lèi)型。

    3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如下:

    經(jīng)稱(chēng)量,模型1竹皮碎屑與膠水質(zhì)量共1.2g,測(cè)點(diǎn)A處撓度隨荷載變化如圖2(a)所示。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),模型1破壞特征為,節(jié)點(diǎn)處柱子翼緣材料撕裂,出現(xiàn)鼓曲現(xiàn)象。此時(shí)節(jié)點(diǎn)完整,故無(wú)法計(jì)算節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。

    模型2竹皮碎屑與膠水質(zhì)量共0.6g,測(cè)點(diǎn)A處撓度隨荷載變化如圖2(b)所示。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)模型2節(jié)點(diǎn)的破壞為柱子翼緣材料撕裂,此時(shí)節(jié)點(diǎn)并未破壞,故無(wú)法計(jì)算節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。

    由于模型制造、碎屑節(jié)點(diǎn)涂抹時(shí)的誤差,模型3在加載時(shí)突然破壞,造成數(shù)據(jù)喪失,故模型3試驗(yàn)失敗。

    模型4竹皮碎屑和膠水質(zhì)量共0.3g,測(cè)點(diǎn)A處撓度隨荷載變化如圖3(a)所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)荷載加至5.095N時(shí)節(jié)點(diǎn)的最上面最先出現(xiàn)裂縫,隨著荷載的增加,裂縫自上向下延伸,最終節(jié)點(diǎn)完全被拉開(kāi),即節(jié)點(diǎn)破壞。計(jì)算得模型4碎屑節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度為88.61N/g。

    模型5竹皮碎屑和膠水質(zhì)量共0.4g,測(cè)點(diǎn)A處撓度隨荷載變化如圖3(b)所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)荷載加至8.285N時(shí)節(jié)點(diǎn)的最上面最先出現(xiàn)裂縫,隨著荷載的增加,裂縫自上向下延伸,最終節(jié)點(diǎn)完全被拉開(kāi),即節(jié)點(diǎn)破壞 。計(jì)算得模型5碎屑節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度為132.92 N/g。

    模型6竹皮碎屑和膠水質(zhì)量共0.4g,測(cè)點(diǎn)A處撓度隨荷載變化如圖3(c)所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)荷載加至8.285N時(shí)節(jié)點(diǎn)的最上面最先出現(xiàn)裂縫,隨著荷載的增加,裂縫自上向下延伸,最終節(jié)點(diǎn)完全被拉開(kāi),即節(jié)點(diǎn)破壞 。計(jì)算得模型6碎屑節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度為132.92 N/g。

    4、討論與分析

    4.1撓度改變量方面

    由撓度計(jì)算公式FL3/3EI=V(撓度),計(jì)算得本模型節(jié)點(diǎn)在剛接條件下,測(cè)點(diǎn)A處撓度應(yīng)為0.006mm。由表1數(shù)據(jù)可知,荷載每增加1N,測(cè)點(diǎn)A撓度改變量大于0.006mm,故各模型碎屑節(jié)點(diǎn)不算為剛接。

    4.2彎矩的傳遞情況

    在傳統(tǒng)的分析理論中,將梁柱連接假定為理想鉸接或完全剛接。理想鉸接意味著梁柱之間不傳遞彎矩,梁和柱之間轉(zhuǎn)動(dòng)是相互獨(dú)立的;完全剛接是指梁柱之間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),梁柱之前傳遞彎矩,一般當(dāng)彎矩傳遞大于百分之九十時(shí),可認(rèn)為是剛接。

    由關(guān)于502膠水試驗(yàn)測(cè)得竹皮紙撕裂破壞強(qiáng)度為2至6Mpa(垂直于竹皮紙面的力)[4],對(duì)模型1:

    將梁端彎矩考慮為一對(duì)平行于梁的力偶,力偶大小為F=148N,碎屑節(jié)點(diǎn)的粘接面積約為25mm x 1mm,節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度:148N/25mm2=5.92Mpa

    從表2模型1節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)的最大力中,看出其值與竹皮紙材料撕裂時(shí)的最大力相近,從而判定柱子受到的從節(jié)點(diǎn)處傳遞過(guò)來(lái)的彎矩值大于百分之九十,所以通過(guò)節(jié)點(diǎn)彎矩傳遞情況判斷是滿(mǎn)足剛接條件的。

    4.3 分析

    綜上所述,除去“撓度改變量方面”以外,其余情況竹皮碎屑節(jié)點(diǎn)均滿(mǎn)足剛接要求。于是對(duì)試驗(yàn)進(jìn)一步研究時(shí)候發(fā)現(xiàn),是因?yàn)樵谀P椭谱鲿r(shí),柱子一側(cè)竹皮材料粘接不牢導(dǎo)致在加荷時(shí)產(chǎn)生變形,從而使梁端(測(cè)點(diǎn)A)產(chǎn)生了較大的撓度。

    結(jié)論:

    (1)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)竹皮碎屑節(jié)點(diǎn)質(zhì)量超過(guò)0.6g時(shí),模型的破壞主要是柱子的材料撕裂;當(dāng)竹皮碎屑節(jié)點(diǎn)質(zhì)量小于0.6g時(shí),模型的破壞主要是節(jié)點(diǎn)破壞。

    (2)采用碎屑作為節(jié)點(diǎn)時(shí)候,碎屑使用量不要小于0.3g,否則節(jié)點(diǎn)變?yōu)殂q接;相反,碎屑使用量也不要大于0.6g,否則會(huì)出現(xiàn)加荷時(shí)節(jié)點(diǎn)不破壞的現(xiàn)象。

    (3)模型制作時(shí),502膠水的使用方式和用量直接影響了模型的質(zhì)量。涂抹時(shí)必須均勻涂膠,否則會(huì)造成不必要的試驗(yàn)誤差,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

    參考文獻(xiàn):

    [1]金生吉.鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2005.

    [2]譚芬香.鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].低碳世界,2016(19):192-193.

    [3]雷鳴宇,蒲萬(wàn)麗,廖昌林,等.竹皮材料綜合力學(xué)性能研究[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新,2016,3(5).

    [4]曾偉益,陳立,胡金成,等.502膠水在竹皮紙上的粘接性能研究[J].科學(xué)與財(cái)富,2016,8(3).

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