·150 工程科学学报，第38卷，第1期 外，还有极高的强度和耐火性，稳定的形状和尺寸，精 1 确的数控切割和快速的装配式安装，可以代替混凝土 交叉层积木连接试验 作为建筑的外墙和楼板.北美地区为引进该材料 交叉层积木连接由三部分构件组成：金属连接件 开始对其力学性能、防火性能等进行研究，而在我 (如图1)、紧固件和交叉层积木试块.紧固件的选择 国尚没有开始系统的研究工作 基于延性考虑，分别采用3种紧固件（图2）.螺旋钉 在地震作用下，木节点为耗散地震能量会产生相 型号为16d×3⅓”，其钉身直径为3.8mm,钉身长 应的响应，如紧固件的滑移和变形、木材的开裂和破 89mm;(2)螺丝钉型号为5×90mm5”为其型号，其 坏，往往还伴随着强度和刚度的退化.根据抗震和加 钉身直径为3.5mm,钉身长90mm:(3)螺丝钉型号为 固维护的要求，需要对这些构件进行地震作用的数值 4×70mm,其钉身直径为2.8mm,钉身长70mm.交叉 分析和损伤情况的评价.伪静力试验是模拟地震作用 层积木试块采用KLH公司生产的94mm三层厚的交 下结构往复振动中的受力和变形响应，因此基于数值 叉层积木板，各层厚度为30mm-34mm-30mm.其3种 模拟方法预测连接的滞回反应和通过损伤因子对伪静 交叉层积木连接组合如表1所示 力试验中构件的损伤情况进行定量评估具有重要 116 意义. 24,343424 目前关于钢筋混凝土构件、钢结构构件和砖墙构 82020,20,20,20,8 件的损伤研究已相对成熟，大部分是基于Park-Ang 的变形和能量综合损伤模型的改进和衍生.然而对于 90 10 女 木结构来说，由于结构构造的特殊性以及抗震性能的 2 0 0 复杂性@，损伤问题还处在探索阶段.2005年van de Lindt基于Park-Ang的双参数累积损伤模型，提出 特定结构以保护层的钉间距为函数的轻型木剪力墙的 48625 电品0o7 24 9 女仍女 力学损伤模型m,这也是到目前为止，唯一用于木结 81717,16,16,17,178 构的损伤模型☒.低周反复加载的模式对损伤模型 2434 3424 的选择有很大影响，本文的连接试验采用了专用于木 图1金属连接件(90mm×48mm×3.0mm×116mm) 结构的CUREE加载模式▣，该模式涉及到不同加载 Fig.1 SIMPSON strong tie bracket (90mm x48 mm x3.0mm x 116 水平下的主循环和附属循环对构件的作用，相关文 mm) 献已经表明该种加载模式下木结构破坏形式更 a b (e) 能代表常遇地震下的破坏形式.Park-Ang损伤模型回 虽然考虑了首次超越破坏和累积损伤破坏两方面影 响，反映最大变形和累积损伤两种不同的破坏模式，但 是没有考虑加载次序影响以及损伤不对称问题.因此 寻求一种能够考虑加载次序影响的损伤模型是非常必 要的 宏观模拟模型是木结构工程界较为通用的模 型网，它是通过相应的滞回曲线量化出滞回试验中 图23种紧固件.(a)螺旋钉16d×32":(b)螺丝钉5×90mm: 力与位移之间的关系四.由于木节点连接在地震作 (c)螺丝钉4×70mm 用中表现的高度非线性、强度退化、刚度退化和捏拢现 Fig,2 Three types of fasteners:(a)spiral nails I6d×3发"：(b) screws5×90mm:(c）screws4×70mm 象增添了模拟的复杂性，如何准确地模拟该类连接的 受力性能是本文的研究重点，同时该连接模拟的准确 表1CLT连接组合 性也关系到该类连接构成的剪力墙（未来工作）模拟 Table 1 CLT connection combinations 的准确性 连接类型 金属连接件种类 紧固件类型 鉴于此，本文根据交叉层积木柔性连接的伪静力 连接1 金属连接件A 18个螺旋钉16d×3%" 试验，采用OpenSees中自定义Pinchings4模型较好地 连接2 金属连接件A 9个螺丝钉5×90mm 模拟了3种连接的滞回特征，确定了模型参数，为该类 连接3 金属连接件A 18个螺丝钉4×70mm 节点连接的模拟提供了方法和依据：基于主次半循环 累积能量损伤模型对连接试验的损伤情况进行了 交叉层积木是各向异性的材料，要分别进行顺纹 研究 方向（受力方向平行于外层纹理方向）和横纹方向（受工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 外，还有极高的强度和耐火性，稳定的形状和尺寸，精 确的数控切割和快速的装配式安装，可以代替混凝土 作为建筑的外墙和楼板［1--3］． 北美地区为引进该材料 开始对其力学性能、防火性能等进行研究［4--8］，而在我 国尚没有开始系统的研究工作． 在地震作用下，木节点为耗散地震能量会产生相 应的响应，如紧固件的滑移和变形、木材的开裂和破 坏，往往还伴随着强度和刚度的退化． 根据抗震和加 固维护的要求，需要对这些构件进行地震作用的数值 分析和损伤情况的评价． 伪静力试验是模拟地震作用 下结构往复振动中的受力和变形响应，因此基于数值 模拟方法预测连接的滞回反应和通过损伤因子对伪静 力试验中构件的损伤情况进行定量评估具有重要 意义． 目前关于钢筋混凝土构件、钢结构构件和砖墙构 件的损伤研究已相对成熟，大部分是基于 Park--Ang［9］ 的变形和能量综合损伤模型的改进和衍生． 然而对于 木结构来说，由于结构构造的特殊性以及抗震性能的 复杂性［10］，损伤问题还处在探索阶段． 2005 年 van de Lindt 基于 Park--Ang 的双参数累积损伤模型［9］，提出 特定结构以保护层的钉间距为函数的轻型木剪力墙的 力学损伤模型［11］，这也是到目前为止，唯一用于木结 构的损伤模型［12］． 低周反复加载的模式对损伤模型 的选择有很大影响，本文的连接试验采用了专用于木 结构的 CUＲEE 加载模式［13］，该模式涉及到不同加载 水平下的主循环和附属循环对构件的作用，相关文 献［13--15］已经表明该种加载模式下木结构破坏形式更 能代表常遇地震下的破坏形式． Park--Ang 损伤模型［9］ 虽然考虑了首次超越破坏和累积损伤破坏两方面影 响，反映最大变形和累积损伤两种不同的破坏模式，但 是没有考虑加载次序影响以及损伤不对称问题． 因此 寻求一种能够考虑加载次序影响的损伤模型是非常必 要的． 宏观模拟模型是木结构工 程 界 较 为 通 用 的 模 型［16--18］，它是通过相应的滞回曲线量化出滞回试验中 力与位移之间的关系［19］． 由于木节点连接在地震作 用中表现的高度非线性、强度退化、刚度退化和捏拢现 象增添了模拟的复杂性，如何准确地模拟该类连接的 受力性能是本文的研究重点，同时该连接模拟的准确 性也关系到该类连接构成的剪力墙( 未来工作) 模拟 的准确性． 鉴于此，本文根据交叉层积木柔性连接的伪静力 试验，采用 OpenSees 中自定义 Pinching4 模型较好地 模拟了 3 种连接的滞回特征，确定了模型参数，为该类 节点连接的模拟提供了方法和依据; 基于主次半循环 累积能量损伤模型对连接试验的损伤情况进行了 研究． 1 交叉层积木连接试验 交叉层积木连接由三部分构件组成: 金属连接件 ( 如图 1) 、紧固件和交叉层积木试块． 紧固件的选择 基于延性考虑，分别采用 3 种紧固件( 图 2) ． 螺旋钉 型号 为 16d × 3 ″，其 钉 身 直 径 为 3. 8 mm，钉 身 长 89 mm; ( 2) 螺丝钉型号为 5 × 90 mm，“5”为其型号，其 钉身直径为 3. 5 mm，钉身长 90 mm; ( 3) 螺丝钉型号为 4 × 70 mm，其钉身直径为 2. 8 mm，钉身长 70 mm． 交叉 层积木试块采用 KLH 公司生产的 94 mm 三层厚的交 叉层积木板，各层厚度为30 mm--34 mm--30 mm． 其3 种 交叉层积木连接组合如表 1 所示． 图 1 金属连接件( 90 mm × 48 mm × 3. 0 mm × 116 mm) Fig． 1 SIMPSON strong tie bracket ( 90 mm × 48 mm × 3. 0 mm × 116 mm) 图 2 3 种紧固件． ( a) 螺旋钉16 d × 3″; ( b) 螺丝钉5 × 90 mm; ( c) 螺丝钉 4 × 70 mm Fig． 2 Three types of fasteners: ( a) spiral nails 16d × 3″; ( b) screws 5 × 90 mm; ( c) screws 4 × 70 mm 表 1 CLT 连接组合 Table 1 CLT connection combinations 连接类型 金属连接件种类 紧固件类型 连接 1 金属连接件 A 18 个螺旋钉 16 d × 3″ 连接 2 金属连接件 A 9 个螺丝钉 5 × 90 mm 连接 3 金属连接件 A 18 个螺丝钉 4 × 70 mm 交叉层积木是各向异性的材料，要分别进行顺纹 方向( 受力方向平行于外层纹理方向) 和横纹方向( 受 · 051 ·