竹木结构受力特点及连接形式综述

竹木结构受力特点及连接形式综述

付兴刚1

重庆交通大学 重庆市 400074

摘要：我国目前还存有大量的竹木结构，包括有房屋、桥梁等，结构的安全性就引起了广泛的关注。现代竹、木结构有巨大的变化以及改进，本文主要总结了竹、木构件的连接形式以及受力特点，并结合现有的连接方式进行具体的分析，提出通过竹木结构在桥梁领域的发展方向。

关键词:竹结构；木结构；受力特点；连接形式；桥梁结构应用

引言

我国国竹材资源丰富、竹木结构历史悠久、且现代竹木结构生产工艺逐渐成熟,竹木结构行成的建筑物还大量存在。冯岩[1]得出框架中节点和新型耗能节点试验中的受力特征和破坏模式在节点的受力状态相同，竹梁、钢柱与耗能节点处的连接保持良好,耗能板均率先进入非线性并且出现屈曲。翟志文[2]得出W4号墙体有着较好的热湿表现。目前竹木结果研究数量较少，特别对通过竹木结果在桥梁结构方面的发展更少，本文对竹木结构的连接方式与受力进行了总结，并提出通过竹木结构在桥梁领域的发展方向。

1 竹、木结构的连接形式

1.1 绑扎连接

从古至今，绑扎连接都有很广泛的应用。在古代，人类对工具的使用尚不成熟，他们选用柔韧性极好的藤条，将竹、木搭接后直接绑扎，这便是竹木结构最原始的连接形式—绑扎连接。

1.2 榫卯连接

榫卯连接是木结构连接中的经典之作，是我国优秀传统文化，更是中国古建筑的重要结构特色，一般是在木料上分别开榫头和卯眼口，通过构件相互咬合形成结构的连接形式。

榫卯连接的受力特点是一种半刚性节点，节点刚度介于铰接和刚接之间。无论是拉压、剪切还是转动工况下，节点均有一定变形能力，因此以榫卯连接的结构是不同于当代建筑排架、刚架或框架的一种柔性结构体。榫卯结构不仅可承受较大的竖向荷载，而且在地震作用下可以通过自身连接所产生的变形耗散大量能量，有效降低地震响应。

1.3 齿连接

齿连接是方木、竹结构常用的连接方式之一，它是将受压构件的端头加工成齿榫，在另一与其连接的构件上开设齿槽，使得齿榫可以直接抵承在齿槽内，通过抵承面承压的方式进行传力。

1.4 销类连接

销类连接安全可靠、韧性和紧密性优异，连接方式有四类

1.4.1 钉连接

钉连接是指采用圆钉直接钉入被连接竹木构件的连接方式。钉连接施工便捷，工序简单。

1.4.2 螺钉连接

螺钉连接在受力较大或往复荷载频繁的位置，容易发生失效或拔出等问题，这种情况下螺钉链接成为它的不二替代。螺钉直径较小时（一般≤6mm），无需预钻孔，直接钻入构件，反之则需要预钻孔以防构件劈裂。螺钉连接延性好，紧密性高，在竹木结构连接中应用非常普遍，尤其是时下流行的CLT结构，螺钉连接在此大放异彩。

1.4.3 销连接

销连接是使用销直接穿过被连接构件，销轴抗剪以抵抗构件相对滑移的连接方式，适用于重木结构的连接，尤其在钢填板-销轴节点这种隐式连接中应用极为广泛。

1.4.4 螺栓连接

螺栓连接一般采用六角头螺栓，由螺杆、垫圈及螺母组成，在某些环境较差部位，为了防止螺栓锈蚀亦会增加防锈螺帽。螺栓连接与销连接应用范围和受力特点均相似，但采用钢夹板（钢板位于竹木构件侧边）节点时，销连接不再适用，只能采用螺栓连接。

销类连接主要用于传递剪力荷载，并且可以抵抗一定的弯矩和轴力。影响销类连接承载力的因素有很多，例如：销轴的直径、数量、间距和边距，连接件的尺寸，竹木材的密度和含水率等等。

1.5 键连接

当销类连接不能满足承载力且连接区域无法布置更多的销轴时，通常会用到键连接对销轴进行增强，以提高单销抗剪承载力。竹木结构常用的键连接有两种：裂环和剪板。

1.6 齿板连接

齿板指表面经过冲压处理而成的镀锌钢板或不锈钢板，厚度通常为0.9mm-2.5mm。齿板连接多用于轻型桁架节点连接或受拉构件的接长，这种方式无需预先开槽打孔，可以快速便捷的进行桁架中各弦杆和腹杆的定位。工厂中拼装好一榀桁架后，将桁架平放，同时用专门的压力机将齿板直接压入桁架中各个节点连接处。由于齿板是由薄钢板制成，受压承载力较低，故一般不能用于传递压力。

2 竹、木结构的受力特点

2.1.1 轴向拉伸与压缩

构件伸长和缩短，受力特点是杆件两端沿轴线方向作用一对大小相等、方向相反的轴向力作用

2.1.2 扭转变形

构件扭转变形，受力特点为杆件两端垂直杆轴线平面内受到一对大小相等、方向相反的力偶作用

2.1.3 剪切变形

构件两个相邻截面发生相对错动，受力特点为杆件受一对大小相等、方向相反、作用线平行及相距很近的横向力作用

2.1.4 弯曲变形

截面一侧受压，一侧受拉，受力特点是杆件受到通过杆轴线平面内的力偶作用、或受到垂直于杆轴线的横向力（集中力、均布荷载）作用。

2.2 其他受力特点

（1）单层木网壳新型植板连接节点受力性能研究[1]

基于木材线弹性假设和平截面假设,推导了节点抗弯承载力理论模型。根据节点内力水平及理论模型,设计了所研发节点各组件的尺寸。

（2）木结构钢板螺栓连接节点承载力计算分析及试验研究

[2]

节点复合受力时，距离转动中心最远、所受作用力最大的螺栓为最不利螺栓。当最不利螺栓达到其连接承载力时，节点所承受的荷载即为承载力下限。若节点具有足够的变形能力，荷载可增大至所有螺栓都达到其连接承载力，此时节点达到承载力上限。节点的实际承载力应介于上、下限之间。

（3）断柱式木结构梁柱连接节点受力性能的研究[3]

断柱式梁柱连接节点,该节点采用上下柱分段,从而实现木结构建筑的分层建造,使之更加适应现代化的装配要求,提高施工效率。

（4）木结构主次梁新型挂钩件连接节点的受力性能研究[4]

一种木结构主次梁新型挂钩件连接节点，满足木箱主次梁连接节点处抗剪承载力需求。

（5）藏式古建筑木结构叠合梁—柱节点的受力性能研究[5]

水平构件层层叠摞而成的节点,通过木销定位,以抵抗竖向荷载作用。

（6）齿连接的受力主要传递压力，可以传递少量剪力，齿连接一般分为单齿连接和双齿连接。

3 结语

我国的竹木结构所采用的连接形式依然由古代传承为主，现今对连接方式的发展为辅。传统连接方式解决普遍受力问题，新连接解决新出现的某一方面的问题，如装配式，节点受力等。竹木结果受力特点在基本受力与桥梁结果受力类似，在剪力滞方面研究较少，抗震性能方面研究不足，小型竹木结果桥梁建设研究较少，为来可作为研究方向。

参考文献

[1]冯岩. 钢-工程竹组合结构耗能节点框架抗震性能研究[D].东南大学,2019.DOI:10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001479.

[2]翟志文,王晓欢,吕黄飞,陈美玲,费本华.竹木结构外墙热湿模拟研究[J].林产工业,2018,45(01):8-13+18.DOI:10.19531/j.issn1001-5299.201801002.

[3]张妩迪. 单层木网壳新型植板连接节点受力性能研究[D].哈尔滨工业大学,2019.

[4]祝恩淳,王笑婷,牛爽,王仙蔚,温雨嘉.木结构钢板螺栓连接节点承载力计算分析及试验研究[J].建筑结构学报,2020,41(01):113-121.

[5]张雪雯. 断柱式木结构梁柱连接节点受力性能的研究[D].扬州大学,2019.

[6]刘辰辰. 木结构主次梁新型挂钩件连接节点的受力性能研究[D].哈尔滨工业大学,2018.

[7]曹璞琳. 藏式古建筑木结构叠合梁—柱节点的受力性能研究[D].北京交通大学,2018.

作者简介：付兴刚（1998），男，汉族，四川广安人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁工程