重型木结构房屋_木结构螺栓连接抗火性能研究综述
时间：2019-04-18 03:30:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：任何建筑的设计中，防火设计都是必不可少的重要内容，尤其对于木结构来说，因为木材是可燃材料，其防火设计显得更为重要。鉴于木结构节点在整个木结构体系中的重要性，木结构连接节点的抗火性能就成为了重中之重，本文对国内外关于木结构螺栓连接的受力性能及抗火性能的研究进展进行了回顾，以便在今后的设计中对木结构遭受火灾时的使用性能和安全性能，以及减少事故发生、延长使用寿命起到一定的参考作用
关键词：木结构；螺栓连接；抗火性能
Abstract: the design of any building, fire prevention design is indispensable important content, especially for the wood for, because lumber is flammable material, the fire prevention design is more important. In view of the nodes in the whole system of wood wood, the importance of fire resistance timberwork connected node properties become the most important, this paper introduces about timberwork bolt connection the mechanical properties and the research progress of fire resistance performance reviews, so that in future design of fire from the use of wood performance and safety performance, as well as reduce accidents, prolong service life a reference
Keywords: timberwork; Bolt connection; Fire resistance performance
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
引 言
木结构建筑在世界各地被广泛使用，但是因为木材是可燃材料，其防火设计尤为重要。在我国，由于对木材防火的认识和研究不足，使人们普遍认为木结构抗火性能很差，这对木结构建筑的应用和发展十分不利。连接节点设计是木结构中的最为关键设计内容，木结构节点分为榫卯连接、螺栓连接、钉连接等，其中螺栓连接因具有简洁、可靠、美观等特点而广泛应用于现代木结构，尤其是重型木结构中，但是我国木结构相关标准和研究对此类连接的结构性能只是简单提及，并未做深入阐述，尤其是该类型节点的抗火性能更是空白。
木结构螺栓连接性能研究概况
国内外研究表明，影响其木结构螺栓连接承载能力的主要因素有木材厚度、螺栓直径、木材含水率、螺栓排列等，樊承谋和黄绍胤等对木-木螺栓连接木结构节点进行了理论和试验研究，提出根据弹塑性工作假定来推导螺栓连接极限承载力，并给出了承载力计算公式，另外其还标定了螺栓连接中钢材塑性的利用系数，测定了木构件孔壁承压强度与顺纹受压强度的比值，提出了在试验的基础上进一步修正设计计算公式的建议[1-2]。徐德良等对木材-钢夹板螺栓连接和木材-钢填板螺栓连接木结构节点进行了抗拉试验研究，重点研究连接的承载能力和破坏模式，同时对木材厚度、螺栓直径、端距等承载力影响因素进行分析[3-4]。Gattesco等根据Johansen屈服理论给出了单剪和双剪螺栓连接顺纹承载力计算公式[5]。Xu等对内嵌单块钢板多销连接受拉节点进行了试验研究，采用木材强度等级GL24的胶合木，木材宽为75mm，钢板厚8mm，钢销直径16mm，并根据试验结果推导了承载力计算公式[6]。
木结构螺栓连接抗火性能研究概况
国外大型的木结构公用建筑多采用重型木结构，其本身具有较好的抗火性能，因为重型木结构构件燃烧时表面产生炭化层，碳化层在火灾的过程中扮演了“绝缘”的角色，这可以减缓火焰进一步向构件内部燃烧，降低了内部材质烧焦的几率，经过计算得出木构件在火灾后一般能保持原构件设计强度的85％～90％，而未经强化防火处理的金属构件导热系数高，遇高温时强度容易降低，在温度达到232℃以上时其强度迅速下降，温度达到750℃时，其强度仅是原来的10％，所以从另一个角度来看，木构件在火灾时比钢构件更安全。
加拿大和瑞典两国研究人员对木结构防火试验研究进行了较为深入研究。Carsten等为了完善钢-木多剪连接耐火极限计算模型，进行了标准火灾试验，并与有限元模拟的结果进行对比，对于钢紧固件、钢板和木材之间的相互作用有了一定的了解，其火灾试验中的构件剩余截面是由激光扫描确定的，这种方法已经成为替代人工计算的快速而又准确的方法，试验结果表明当试验温度达到250℃时，另外Carsten认为为了进一步发展防火设计模型，使螺栓连接耐火极限符合要求，还需对木材厚度、螺栓直径、螺栓端距、钢板端距等对其下火灾下性能的影响进行研究。通过试验和理论研究，人们发现木材有焰燃烧时先发生热解，然后发生炭化，称为有效燃烧热，有效燃烧热取决于木材中木质素的含量多少；在无焰燃烧时，主要是碳的氧化反应，其燃烧热值高。总之，木材的热释放速率取决于热辐射能量、温度、木材的含水率、厚度、木纹方向、木板背面的边界条件、周围空气中的氧气浓度等。火灾下木梁的截面面积和承载力降低一方面由于木材的炭化，炭化层不具有强度，减少有效截面面积；另一方面由于剩余截面木材强度随温度的升高而降低。炭化率是衡量木材抗火性能的一个重要参数，Mikkola依据木材密度、木材湿度、氧气密度和热传导性建立了木材炭化率计算公式，Njankouo推导出木材的炭化率与木材密度成线性降低关系，Yang等也给出炭化深度的计算公式。Firmanti对不同的荷载水平下简支木梁进行了抗火试验研究，试验表明木梁在火灾下承载力降低且荷载水平越高，抗火时间越短。Norén、Frangi等对钢材-木材螺栓连接木结构节点进行了多次抗火试验，并基于Johansen屈服准则给出了承载力与时间的相对关系等。Moss等对木-木螺栓连接、木-钢夹板和木-钢填板螺栓连接受拉节点进行了抗火试验研究，试验木材采用层板胶合木，研究表明内嵌钢板比外夹钢板的耐火极限高。
结 语
由于钢材和木材燃烧时具有不同的性能，木结构螺栓连接抗火性能有别于一般的纯木构件，但是目前我国对螺栓连接节点的抗火性能研究还处于起步阶段，因此还需更多研究人员对其对钢板、螺栓、木材各自的特性及共同作用的表现进行研究，确定火灾中连接节点各组成部分的温度传递和分布及力学性能变化等状况，为我国现代木结构的普及推广、加工、设计和应用提供参考。
参 考 文 献
[1]樊承谋.木结构螺栓联结的工作原理及计算公式:关于国际木结构设计规范第五稿螺栓联结计算公式的讨论[J].哈尔滨建筑工程学院学报,1982(1):18-36.
[2]黄绍胤,洪敬源,余培明. 木结构螺栓连接中销槽木材承压和钢销抗弯的强度[J].重庆建筑工程学院学报, 1986(1):11-17.
[3]徐德良,刘伟庆,倪庚东.木材一钢夹板螺栓连接的承载能力试验研究[J].江苏,建筑,2009,3:18-20.
[4]徐德良,刘伟庆,杨会峰,翁晓红.木材-钢填板螺栓连接的承载能力试验研究[J].江苏建筑,2008(4).
[5]Gattesco N, Toffolo. Experimental study on multiple-bolt steel-to-timber tension joints[J].Materials and Structures,2004,37:129-138.
[6] Xu B.H., A. Bouchaïr, M. Taazount, E.J. Vega. Numerical and experimental analyses of multiple-dowel steel-to-timber joints in tension perpendicular to grain[J]. Engineering Structures ,2009,31:2357-2367.
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