摘要
胶合木（GLT）是目前木结构建筑中运用最广泛的工程材料之一，随着全球高层大跨木结构建筑的兴起和发展，对胶合木的结构跨度提出了更大的要求，其中胶合木受弯构件的拼接和接长，是解决现有胶合木生产和运输阶段长度受限的有效解决方案。为获得加工简单、施工简便、外观简洁且抗震性能优异的半刚性连接节点，本研究提出一种自攻螺钉（STS）加强侧向燕尾榫连接形式用于胶合木拼接，并通过弯曲试验、分析模型构建、有限元模拟(FEM）三种方法研究了燕尾榫几何尺寸以及自攻螺钉排布位置、角度、间距对胶合木拼接梁受弯性能的影响。主要研究成果以及结论如下: （1）基于经典弹塑性理论，构建了燕尾榫侧向连接胶合木（DG）梁的弯矩-转角(M-θ）分析模型，模拟得到了 DG梁最优燕尾榫加工参数为梁高∶榫头高∶榫颈高∶榫长=9∶5.25∶4∶5,其力学性能和经济效益综合表现最优，为高延性节点。在一定范围内榫头越长，“收乍”程度越大，燕尾榫的初始刚度和抗弯承载力越高，对于相同梁截面增大燕尾榫的尺寸也能提高旋转刚度。通过对DG梁进行弯曲试验测试，验证了本研究构建的M-θ分析模型预测准确，相对偏差在10％以内。 （2）采用有限元软分析软件建立了 DG梁四点弯曲工况的有限元模型，直观准确地描述了榫卯之间的挤压、滑移作用，其模拟得到的M-θ曲线与DG梁弯曲试验结果和分析模型预测结果相对偏差在10％以下，体现了 DG节点在受弯过程中木材通过挤压发生的弹塑性行为是其拥有较好延性的根本原因。同时有限元模型的应力云图表明卯口上根部截面受拉侧最容易发生破坏，与理论分析和试验现象一致。 （3）自攻螺钉加强侧向燕尾榫拼接胶合木（SRDG）梁实验测试结果表明，自攻螺钉能有效加强燕尾榫拼接节点，并赋予拼接梁延性特质，且当构件发生较大旋转变形时，依然能够承受一定的荷载。对于该拼接梁。自攻螺钉较优的排列方式为顶部螺钉端距50mm，间距33mm，有侧面螺钉，底部螺钉45°钻入，与未加强的燕尾榫连接节点相比，其受弯强度和刚度分别增加了 1.5倍和3.5倍，延性系数为3.11。连接卯口和榫头的底部螺钉主要为节点提供强度和刚度，45°的螺钉加强效果更好，而60°的螺钉能在一定程度上增加节点的延性系数;连接卯口和榫头的顶部螺钉与榫头端部之间的距离对节点强度影响不大，更小的端距能增大节点刚度和延性。 (4)构建了 SRDG梁的M-θ分析模型，在DG梁的弯曲M-θ模型基础上，根据自攻螺钉的受力形式选取抗拔与剪-拉力学模型代入截面弯矩计算，模型预测的初始刚度与试验结果相对偏差为6.1％,表明选用的螺钉抗拔刚度及剪-拉刚度模型适用于该节点的受力描述。分析模型计算的极限转角与试验结果相对偏差为3.2％，并且承载弯矩相比于试验结果更为保守，因此可通过限定极限位移的方式应用作为设计参考。 (5)采用有限元软分析软件建立了 SRDG梁四点弯曲工况的有限元模型，该模型较准确模拟了木材之间的接触行为以及自攻螺钉连接木材后协同抵抗拼接梁构件弯曲变形的作用，模拟得到的荷载位移曲线的刚度与SRDG梁实验测试结果相对偏差为4.0％。
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