北美黄杉和云杉-松木-冷杉平行弦木桁架承载性能比较OA北大核心CSTPCD

【目的】对比不同腹杆角度下北美黄杉和云杉-松木-冷杉(SPF)华伦式平行弦木桁架的承载性能,探究腹杆角度和结构用材对华伦式平行弦木桁架承载性能的影响规律,为平行弦木桁架结构设计提供理论依据。【方法】以承载力和稳定性为验算指标,利用Smsolver结构力学求解器对平行弦木桁架各杆件的内力变化及其变形情况进行定量分析,得到平行弦木桁架腹杆角度的上、下临界角度和最优腹杆角度;采用ABAQUS有限元软件对3种腹杆角度的北美黄杉和SPF平行弦木桁架进行有限元模型分析与验证,获得不同基材平行弦木桁架在不同腹杆角度情况下的内力变化规律,判断其可能的破坏形式和受力机理;以SPF和北美黄杉为基材分别制作3种腹杆角度的平行弦木桁架,进行抗弯承载性能静力试验,探究平行弦木桁架的极限荷载、应力分布及主要破坏形式,并与有限元模拟结果进行对比,验证平行弦木桁架有限元模型分析的准确性和适用性。【结果】1)华伦式平行弦木桁架的最优腹杆角度为47°,下临界角度为34°,上临界角度为60°;2)北美黄杉平行弦木桁架的极限荷载范围为26.53~40.83 kN,跨中挠度范围为30.57~31.01 mm,SPF平行弦木桁架的极限荷载范围为23.48~34.16 kN,跨中挠度范围为31.85~32.05 mm;3)腹杆角度34°、47°、60°的北美黄杉和SPF平行弦木桁架极限荷载分别为26.53和23.48 kN、35.10和30.06 kN、40.83和34.16 kN,对应跨中挠度分别为31.85和31.01 mm、30.72和32.05 mm、30.57和31.97 mm;4)北美黄杉平行弦木桁架的破坏形式主要表现为靠近桁架支座处的腹杆出现裂纹以及桁架端部或荷载施加点处齿板拔出,SPF平行弦木桁架的破坏形式主要表现为桁架端部和荷载施加点处齿板拔出;5)ABAQUS有限元模拟和试验验证发现,2种平行弦木桁架跨中处弦杆轴力最大,往两边逐次递减,桁架跨中处腹杆轴力最小,往两边逐次递增,且弦杆轴力大于腹杆。【结论】北美黄杉平行弦木桁架承载性能优于SPF平行弦木桁架;平行弦木桁架的承载性能随腹杆角度增加而增加;2种平行弦木桁架的薄弱点均为桁架端部和荷载施加点处的齿板连接节点;ABAQUS有限元模型能有效反映出平行弦木桁架受力分布和整体结构变形趋势。