帶裂縫膠合木梁柱螺栓-鋼填板加固節(jié)點(diǎn)的抗彎性能研究*

葉靈鵬, 鄭曉清, 林 巍, 朱浩川

(1 浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310028；2 浙江大學(xué)平衡建筑研究中心，杭州 310028)

0 引言

木材是一種綠色環(huán)保的可再生材料,膠合木產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類大型建筑項(xiàng)目,作為梁、柱、墻等建筑構(gòu)件［1］。螺栓-鋼填板連接是膠合木結(jié)構(gòu)中常用的連接方式,該連接方式簡(jiǎn)單,施工方便。但是,由于螺栓孔周圍應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜,這種節(jié)點(diǎn)很容易在螺栓孔附近出現(xiàn)裂縫［2-3］。一些實(shí)際工程中,膠合木梁由于受潮濕脹、膠層老化等原因也會(huì)出現(xiàn)裂縫。若不采取有效合理的加固措施對(duì)既有帶裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理,可能造成節(jié)點(diǎn)失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。因此,對(duì)既有帶裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的加固措施進(jìn)行研究是具有實(shí)際工程意義與價(jià)值的。

國(guó)內(nèi)外對(duì)膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)開展了許多研究。徐德良等［4］、奚愛(ài)峰等［5］、張鶴嵐和張雷明［6］對(duì)軸向力作用下的木結(jié)構(gòu)螺栓-鋼填板連接節(jié)點(diǎn)的承載性能進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明,木結(jié)構(gòu)螺栓-鋼填板連接節(jié)點(diǎn)的破壞模式包括銷槽破壞和螺栓彎曲破壞,節(jié)點(diǎn)的軸向承載力隨著側(cè)材厚度、螺栓數(shù)量增加而增加;延性隨著側(cè)材厚度增加而增加,隨著螺栓數(shù)量的增加而減小。之后,有學(xué)者開始研究螺栓-鋼填板連接節(jié)點(diǎn)的抗彎性能。王明謙等［7-8］對(duì)膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)性能進(jìn)行研究,研究表明,膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)性能主要取決于螺栓和螺孔周邊木材的承壓性能,且節(jié)點(diǎn)初期的螺孔間隙和后期木材橫紋裂縫會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)剛度顯著下降,木材橫紋劈裂是節(jié)點(diǎn)的主要破壞模式,節(jié)點(diǎn)的受彎承載力和延性隨著彎剪比的增加而降低。李征等［9］通過(guò)單調(diào)加載試驗(yàn)研究木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)在彎剪復(fù)合作用下的轉(zhuǎn)動(dòng)性能,并提出了節(jié)點(diǎn)在彎剪復(fù)合作用下的極限承載力和節(jié)點(diǎn)剛度的計(jì)算方法,同時(shí)提出了彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的理論預(yù)測(cè)模型。陳麗等［10］采用粘性區(qū)模型研究了膠合木梁柱內(nèi)嵌鋼板-螺栓連接節(jié)點(diǎn)在單調(diào)荷載作用下的力學(xué)行為和開裂位移,結(jié)果表明,粘性區(qū)模型在模擬膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)的力學(xué)行為和開裂位移方面具有很好的適用性。針對(duì)膠合木梁柱螺栓-鋼填板連接節(jié)點(diǎn)容易出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題,有學(xué)者提出了增強(qiáng)措施對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行增強(qiáng)。劉慧芬和何敏娟［11］運(yùn)用自攻螺釘來(lái)加強(qiáng)螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn),發(fā)現(xiàn)隨著自攻螺釘個(gè)數(shù)增加、直徑增大,節(jié)點(diǎn)的承載力、破壞轉(zhuǎn)角、延性系數(shù)以及節(jié)點(diǎn)總耗能增大。冷予冰等［12］用內(nèi)貼重組竹和外包鋼板等措施對(duì)膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行增強(qiáng),結(jié)果表明,內(nèi)貼重組竹和外包鋼板可以有效提高節(jié)點(diǎn)的抗劈裂性能,彎矩和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角均有所提高。張邁麗［13］運(yùn)用摩擦耗能裝置加固帶裂縫的膠合木螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn),發(fā)現(xiàn)加固后節(jié)點(diǎn)的承載力、剛度和延性等均有提升。

目前針對(duì)完好膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)性能及其增強(qiáng)措施的研究較多,但大多數(shù)未考慮膠合木梁帶裂縫的狀態(tài),帶裂縫等缺陷的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的加固研究較少。因此,針對(duì)由于外力作用或者環(huán)境影響而出現(xiàn)裂縫的既有膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn),本文運(yùn)用鋼箍、碳纖維布或者自攻螺釘加固,在已有試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)有限元模型,考慮裂縫影響,研究加固節(jié)點(diǎn)的抗彎性能,分析節(jié)點(diǎn)破壞模式、承載力、剛度和延性等,為實(shí)際工程中出現(xiàn)裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的加固或者應(yīng)急處理提供參考。

1 有限元模型及驗(yàn)證

1.1 模型建立

本文運(yùn)用非線性有限元軟件ABAQUS分析膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的受力性能,選取文獻(xiàn)[7]的S1組試件進(jìn)行有限元模擬與驗(yàn)證。試件幾何尺寸如圖 1所示。鋼填板厚12mm,螺栓直徑20mm,螺栓邊距70mm,膠合木梁和膠合木柱之間留有5mm間隙。試驗(yàn)將梁柱節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90°放置于試驗(yàn)平臺(tái)上,設(shè)置鋼梁和螺栓對(duì)柱端進(jìn)行固定,在試件與反力架間放置鋼塊限制木柱水平位移。在梁自由端設(shè)置夾具與電液伺服作動(dòng)器相連以施加水平位移并限制面外變形。

木材為各向異性材料,順紋方向強(qiáng)度和彈性模量均大于橫紋方向。本文考慮木材各向異性以準(zhǔn)確模擬節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能,在ABAUQS中用彈性工程常數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)材料各向異性,用各向異性HILL屈服準(zhǔn)則來(lái)考慮木材塑性,木材與碳纖維布的主要材料參數(shù)如表 1［14-15］所示。木材的順紋抗壓屈服強(qiáng)度取16MPa,橫紋抗壓屈服強(qiáng)度為5.63MPa。鋼填板彈性模量為2.06×105N/mm2,屈服強(qiáng)度為390MPa;螺栓彈性模量為2.06×105N/mm2,屈服強(qiáng)度為780MPa,均采用理想彈塑性材料本構(gòu)。通過(guò)銷軸承壓模型來(lái)考慮節(jié)點(diǎn)制造過(guò)程中預(yù)鉆孔對(duì)螺孔周圍木材產(chǎn)生的初始損傷,銷軸承壓模型的材料力學(xué)性能參數(shù)參照文獻(xiàn)[16]取值。

節(jié)點(diǎn)有限元模型如圖 2所示。模型采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,木材、螺栓和鋼板的單元用三維實(shí)體單元C3D8R,網(wǎng)格尺寸范圍為15～40mm。鋼板與木材、螺栓與木材、螺栓與鋼板之間設(shè)置接觸對(duì),考慮摩擦和擠壓作用,摩擦系數(shù)取0.3。根據(jù)試驗(yàn)約束條件,在柱兩端約束三個(gè)方向的位移。

表1 木材和碳纖維布的主要材料參數(shù)［14-15］

本文有限元模型不考慮木材裂縫的開展以及由于裂縫開展導(dǎo)致的承載力下降段,同時(shí)也不考慮由于初始的螺栓和螺栓孔壁縫隙導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)零剛度段。本文采用最大拉應(yīng)力理論來(lái)判斷木材橫紋劈裂破壞,當(dāng)最大拉伸主應(yīng)力超過(guò)木材的橫紋抗壓強(qiáng)度時(shí),節(jié)點(diǎn)發(fā)生木材橫紋劈裂破壞,木材橫紋抗壓強(qiáng)度取2.12MPa［7］。

1.2 有限元模型驗(yàn)證

圖 3為節(jié)點(diǎn)彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比?？梢园l(fā)現(xiàn),有限元模擬的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線和試驗(yàn)彎矩-轉(zhuǎn)角曲線吻合良好。圖 4為膠合木梁的最大主應(yīng)力云圖。由圖4可得,在單調(diào)荷載作用下,木梁一側(cè)受壓,另一側(cè)在螺栓孔附近產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,容易引起木材橫紋裂縫。圖 5為膠合木梁螺栓孔和螺栓的變形情況,由圖可得,螺栓孔發(fā)生較大的局壓變形,梁螺栓以及柱螺栓均產(chǎn)生一定的彎曲變形。綜上,本文有限元模型模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性與有效性。

2 帶橫紋裂縫膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)加固方案

膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)在彎矩作用下或者外界環(huán)境長(zhǎng)期影響下,容易出現(xiàn)橫紋裂縫。實(shí)際工程中膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)橫紋裂縫后,應(yīng)采取合理的措施進(jìn)行加固。本文分別采用鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘對(duì)帶橫紋裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固,通過(guò)鋼箍、碳纖維布或者自攻螺釘來(lái)約束節(jié)點(diǎn)以限制橫紋裂縫開展,恢復(fù)節(jié)點(diǎn)承載能力和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。節(jié)點(diǎn)加固示意圖如圖6所示。

鋼箍加固方案在節(jié)點(diǎn)上增設(shè)了三道寬50mm、厚度為3mm的鋼箍,鋼箍與螺栓中心間距95mm。碳纖維布加固方案在節(jié)點(diǎn)上設(shè)置了三道碳纖維環(huán)箍,碳纖維布的寬度分別為110mm、130mm和90mm,由3層厚0.333mm的碳纖維布粘貼而成。自攻螺釘加固方案在節(jié)點(diǎn)上增加了8根自攻螺釘,自攻螺釘直徑6mm、長(zhǎng)130mm,方向垂直于木梁順紋方向。

3 加固節(jié)點(diǎn)受力性能分析及對(duì)比

基于前文有限元模型,在節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)設(shè)置1mm寬的縫隙來(lái)模擬裂縫,分析帶橫紋裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)加固前后的抗彎性能,裂縫預(yù)留示意圖如圖 7所示。不考慮結(jié)構(gòu)膠對(duì)裂縫兩側(cè)的粘結(jié)修復(fù)作用,僅考慮變形后裂縫兩側(cè)面的接觸作用。

碳纖維是一種各向異性材料,其主要材料參數(shù)如表 1所示。碳纖維的抗拉強(qiáng)度取2 800MPa,模擬時(shí)采用ABAQUS中的連續(xù)實(shí)體殼單元CSS8模擬,該單元可以很好地適用于薄板結(jié)構(gòu),單元邊長(zhǎng)為15mm。不考慮碳纖維布和木材之間的粘結(jié)滑移,用Tie約束將兩者綁定在一塊。鋼箍的材料參數(shù)取值同鋼填板,考慮鋼箍與木材之間的接觸。自攻螺釘?shù)膹椥阅Ａ咳?.06×105N/mm2,強(qiáng)度取值為400MPa,自攻螺釘螺紋與木材之間可以很好地錨固,因此本文認(rèn)為自攻螺釘和木材之間沒(méi)有滑移,通過(guò)Embed約束將自攻螺釘內(nèi)置于膠合木內(nèi)。需要注意的是,實(shí)際加載后期自攻螺釘與木材之間會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移,這需要進(jìn)一步研究。

3.1 應(yīng)力與變形情況對(duì)比分析

圖 8為未加固和采用不同加固措施的節(jié)點(diǎn)膠合木梁柱的最大主應(yīng)力云圖?？梢钥闯?在單調(diào)荷載作用下,膠合木梁基本呈現(xiàn)一側(cè)受壓,另一側(cè)受拉的狀態(tài)。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),加固后的節(jié)點(diǎn),膠合木梁的受壓區(qū)范圍要大于未加固的節(jié)點(diǎn),采用不同加固措施的節(jié)點(diǎn)的膠合木梁受壓區(qū)范圍基本一致,基本布滿圖8中右側(cè)裂縫的右側(cè)部分,而未加固的節(jié)點(diǎn),相應(yīng)的受壓區(qū)范圍僅約為圖8中不同加固措施的節(jié)點(diǎn)右側(cè)裂縫的右側(cè)部分的1/2。這在一定程度上說(shuō)明,加固后的節(jié)點(diǎn)裂縫兩側(cè)的木材協(xié)同受力情況改善,整體性明顯優(yōu)于未加固的節(jié)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比圖 8和圖 4中的云圖,也可以發(fā)現(xiàn),加固后的節(jié)點(diǎn)木梁的最大主壓應(yīng)力分布情況與原完好節(jié)點(diǎn)的最大主壓應(yīng)力分布基本一致,也進(jìn)一步說(shuō)明加固后節(jié)點(diǎn)的整體性明顯改善。

受拉一側(cè)在螺栓孔附近產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,從拉應(yīng)力分布可以看出,實(shí)際上裂縫可能會(huì)沿著順紋向有一定的發(fā)展,而且加固節(jié)點(diǎn)的最大主拉應(yīng)力分布情況與原完好節(jié)點(diǎn)的最大主拉應(yīng)力分布情況也基本一致。

圖 9為不同加固部件的應(yīng)力云圖?？梢园l(fā)現(xiàn),在單調(diào)荷載作用下,環(huán)繞的鋼箍和碳纖維布大部分區(qū)域主要受到拉應(yīng)力作用。鋼箍的最大拉應(yīng)力約185.0MPa,發(fā)生在鋼填板與鋼箍擠壓處,小于鋼材屈服應(yīng)力。碳纖維布的最大拉應(yīng)力約1 265MPa,主要是由于節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)后,鋼填板和碳纖維布發(fā)生擠壓導(dǎo)致,實(shí)際情況中可能導(dǎo)致碳纖維布與木材之間的粘結(jié)失效,裂縫附近的碳纖維布最大主拉應(yīng)力基本在350MPa以下,遠(yuǎn)小于碳纖維布的抗拉強(qiáng)度值。自攻螺釘在裂縫附近區(qū)域的應(yīng)力較大,達(dá)到了屈服強(qiáng)度400MPa。同時(shí),部分自攻螺釘發(fā)生了明顯的彎曲變形,這是梁裂縫兩側(cè)發(fā)生了相對(duì)的錯(cuò)動(dòng)變形所導(dǎo)致。

另外,通過(guò)圖 8對(duì)比可以明顯發(fā)現(xiàn),加固節(jié)點(diǎn)的裂縫開展情況明顯好于未加固節(jié)點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到極限承載力時(shí),未加固節(jié)點(diǎn)的裂縫最大寬度達(dá)到約61mm,而采用鋼箍加固的節(jié)點(diǎn)裂縫最大寬度開展到約8mm,采用碳纖維布加固的節(jié)點(diǎn)裂縫最大寬度僅開展到約2.8mm,采用自攻螺釘加固的節(jié)點(diǎn),最大裂縫寬度約2.1mm。帶橫紋裂縫的節(jié)點(diǎn)加固后,在受彎情況下,可以有效限制裂縫開展,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性,提高節(jié)點(diǎn)剛度和承載力。

3.2 受力性能對(duì)比

圖 10為不同節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線,表 2為不同節(jié)點(diǎn)的初始剛度和最大彎矩及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。從圖 10和表 2可以發(fā)現(xiàn),完好節(jié)點(diǎn)的最大彎矩約38.8kN·m,未加固的帶橫紋裂縫的膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)的最大彎矩僅約22.5kN·m,相比于完好節(jié)點(diǎn)減少了約42.0%,承載力大幅減小。采用鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘加固的節(jié)點(diǎn)的最大彎矩分別為37.0、39.5kN·m和38.8kN·m,分別為完好節(jié)點(diǎn)承載力的95.4%、101.8%和100.0%,節(jié)點(diǎn)的承載力基本恢復(fù)。相比于未加固的節(jié)點(diǎn),采用鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘加固的節(jié)點(diǎn)的承載力分別增加了64.4%、75.6%和72.4%,承載力明顯提高。

完好節(jié)點(diǎn)的最大轉(zhuǎn)角約0.16rad,未加固的帶橫紋裂縫的膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)的最大轉(zhuǎn)角約0.11rad,減少了約31.3%?？梢园l(fā)現(xiàn),用碳纖維布和自攻螺釘加固的節(jié)點(diǎn)的最大轉(zhuǎn)角分別達(dá)到0.18rad和0.21rad,比完好節(jié)點(diǎn)分別增加約12.5%和31.3%,節(jié)點(diǎn)的延性有所增強(qiáng)。需要注意的是,本文不考慮碳纖維布和木材之間的粘結(jié)滑移,實(shí)際情況可能存在粘結(jié)失效的問(wèn)題,這有待進(jìn)一步的研究。

另外,從表 2可以看出,未加固節(jié)點(diǎn)的初始剛度最小,比完好節(jié)點(diǎn)小約10.9%。相比于未加固節(jié)點(diǎn),鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘加固節(jié)點(diǎn)的剛度分別增加了約9.9%、15.2%和12.3%。加固后的節(jié)點(diǎn)剛度有所恢復(fù),甚至高于完好節(jié)點(diǎn)。圖10曲線中之所以存在一個(gè)剛度突變的拐點(diǎn)(15kN·m左右),是因?yàn)殡S著節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度增加,木梁與木柱之間的初始縫隙擠壓接觸限制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度增加。

表2 節(jié)點(diǎn)性能數(shù)據(jù)

圖1 試件幾何尺寸［7］

圖2 節(jié)點(diǎn)有限元模型

圖3 節(jié)點(diǎn)有限元與試驗(yàn)彎矩-轉(zhuǎn)角曲線對(duì)比

圖4 膠合木梁最大主應(yīng)力云圖/MPa

圖5 膠合木梁螺栓孔和螺栓變形云圖/mm

圖6 節(jié)點(diǎn)加固示意圖

圖7 預(yù)留裂縫示意圖

圖8 未加固和不同加固措施節(jié)點(diǎn)的膠合木梁柱最大主應(yīng)力云圖/MPa

圖9 不同加固部件的應(yīng)力云圖/MPa

圖10 不同節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線

圖11 節(jié)點(diǎn)滯回曲線對(duì)比

3.3 節(jié)點(diǎn)滯回性能對(duì)比

圖 11為不同節(jié)點(diǎn)的滯回曲線對(duì)比?？梢钥闯?相較于未加固節(jié)點(diǎn),加固節(jié)點(diǎn)的初始剛度更大,滯回曲線更飽滿,承載力更高,與單調(diào)荷載作用下的結(jié)果一致。完好節(jié)點(diǎn)和加固節(jié)點(diǎn)的滯回曲線基本重合,說(shuō)明加固節(jié)點(diǎn)在往復(fù)荷載作用下的初始剛度、耗能性能和承載力可有效恢復(fù)。膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)滯回曲線存在較為明顯的零剛度段,這是螺栓孔擠壓變形后螺栓與螺栓孔壁之間出現(xiàn)間隙所導(dǎo)致。

圖12為膠合木梁的等效塑性應(yīng)變?cè)茍D。從圖12可看出,塑性應(yīng)變主要集中在膠合木梁螺栓孔附近,螺栓孔發(fā)生較大的擠壓變形。未加固節(jié)點(diǎn)在裂縫末端也出現(xiàn)較為明顯的塑性應(yīng)變,說(shuō)明裂縫會(huì)進(jìn)一步開展。在往復(fù)荷載作用下,裂縫兩邊的螺栓孔的擠壓變形形狀對(duì)稱,未加固節(jié)點(diǎn)由于缺少約束,裂縫兩邊的木材變形較大,實(shí)際情況中可能出現(xiàn)劈裂或者脆斷現(xiàn)象。圖13為膠合木梁中螺栓的Mises應(yīng)力云圖。從圖13可以看出,螺栓的最大應(yīng)力發(fā)生在中間與鋼填板接觸位置,所有節(jié)點(diǎn)螺栓的最大應(yīng)力均小于780MPa,未發(fā)生屈服。

圖12 不同節(jié)點(diǎn)膠合木梁塑性應(yīng)變?cè)茍D

圖13 不同節(jié)點(diǎn)膠合木梁中螺栓Mises應(yīng)力云圖/MPa

3.4 不同加固方案對(duì)比

根據(jù)前面的分析可知,鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘都可以有效限制橫紋裂縫開展。單調(diào)荷載作用下,自攻螺釘加固節(jié)點(diǎn)的裂縫開展寬度約2.1mm,分別為鋼箍和碳纖維布加固節(jié)點(diǎn)的26.3%和75.0%,相比之下,自攻螺釘可更有效地限制裂縫開展。

另外,采用鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘加固的帶橫紋裂縫膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度都可有效恢復(fù)。三者相比,碳纖維布加固節(jié)點(diǎn)承載力分別超過(guò)鋼箍和自攻螺釘加固節(jié)點(diǎn)承載力的6.8%和1.8%,剛度則分別超過(guò)4.8%和2.6%。在承載力和剛度恢復(fù)方面,三種加固方法相似。延性方面,鋼箍、碳纖維布和自攻螺釘加固節(jié)點(diǎn)的極限轉(zhuǎn)角分別為0.14、0.18rad和0.21rad,自攻螺釘加固節(jié)點(diǎn)延性優(yōu)于另外兩種加固方法。

在滯回性能方面,三種加固方案的滯回曲線相似,圖14為不同加固節(jié)點(diǎn)的累積循環(huán)耗能-轉(zhuǎn)角曲線?？梢钥闯?鋼箍加固節(jié)點(diǎn)耗能能力最好,其累積耗能為5.89kN·m·rad,比碳纖維布和自攻螺釘加固節(jié)點(diǎn)分別高約3.0%和5.7%。

圖14 累積循環(huán)耗能-轉(zhuǎn)角曲線

通過(guò)綜合對(duì)比,三種帶橫紋裂縫膠合木梁柱節(jié)點(diǎn)的加固方案均可有效恢復(fù)節(jié)點(diǎn)承載力和剛度,三者承載力、剛度和耗能能力相差不大,因?yàn)橹饕钠茐哪Ｊ綖槁菟椎钠茐?。自攻螺釘加固?jié)點(diǎn)裂縫開展寬度較小且延性較好,其加固施工便捷,對(duì)構(gòu)件外觀影響小。綜上,實(shí)際工程中可優(yōu)先采用自攻螺釘加固。

4 結(jié)論

(1)相比于完好節(jié)點(diǎn),帶裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的承載力、剛度和延性都出現(xiàn)不同程度削弱,其中承載力和剛度分別下降了42.0%、10.9%,最大轉(zhuǎn)角減少了31.3%。因此對(duì)于帶裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)應(yīng)該采取合理的措施進(jìn)行加固。

(2)采用碳纖維布、鋼箍或自攻螺釘對(duì)帶裂縫的膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固可有效恢復(fù)節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度,限制已有裂縫的開展。相比于未加固的開裂節(jié)點(diǎn),加固節(jié)點(diǎn)的承載力可提高約64.4%～75.6%,剛度可提高約9.9%～15.2%;相比于原完好節(jié)點(diǎn),加固節(jié)點(diǎn)的承載力可恢復(fù)到原來(lái)的95.4%～101.8%。

(3)采用碳纖維布、鋼箍或自攻螺釘加固的帶裂縫膠合木梁柱螺栓-鋼填板節(jié)點(diǎn)的滯回性能可有效恢復(fù),構(gòu)件的延性和耗能能力與完好節(jié)點(diǎn)基本一致。加固節(jié)點(diǎn)的破壞模式主要是螺栓孔的破壞。