胶合木梁三面受火后力学性能的试验研究

通过2组7根胶合木梁三面受火后力学性能的对比试验,研究了不同表面处理和不同受火时间后胶合木梁的破坏形态、剩余承载力和应变的变化规律。研究表明,胶合木梁剩余承载力随受火时间增加而明显降低,受火20～40min后剩余承载力显著降低;表面有阻燃涂料处理试件剩余承载力略大于无阻燃涂料处理试件。未受火对比试件和受火后试件跨中截面应变分布均符合平截面假定;相同荷载作用下,受火后试件梁底和梁顶的应变均大于未受火对比试件。采用基于ABAQUS二次开发的木材本构模型,能准确预测木材内部温度在100℃左右时的平台段,且距离受火面越远平台段越长;水平和竖向炭化深度模拟值与试验值误差为8.6%～14.0%,能较准确地模拟胶合木梁的炭化深度;胶合木梁受火后剩余承载力模拟值与试验值吻合较好,可用于胶合木梁三面受火后剩余承载力的评估。     

木梁四面受火炭化速度及剩余受弯承载力试验研究

为研究我国常用树种木构件的抗火性能,进行了4组共12根木梁四面受火试验、以及受火后的剩余受弯承载力试验研究。结果表明,木梁有效面积因受火炭化而减小,边角棱角不再存在,呈圆弧状,靠近炭化层的高温分解层木材强度明显劣化;表面无防火措施木梁的平均水平炭化速度为0.827mm/min,平均竖向碳化速度为0.848mm/min;受火木梁受弯试验过程中跨中截面基本符合平截面假定,破坏模式基本同对比木梁;极限承载力、极限位移、刚度、弯曲弹性模量随着受火时间增加而减小;防火涂料能有效降低炭化速度,提高受火后剩余承载力、极限位移、刚度,防火效果显著。     

竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁受弯性能研究

提出一种新型的竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁,对其进行受弯性能试验研究。试件包括3根普通胶合木梁、12根竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁及3根横嵌CFRP板增强的胶合木梁。研究了其不同的破坏形态,破坏机理及受弯性能等,按不同的配筋率、不同的配筋截面形式及不同CFRP板增强方式等影响因素对试件的受弯承载力、刚度、延性等结构性能进行分析比较。试验结果表明,相比普通胶合木梁,增强后试件受弯承载力提高了34.2%~52.3%,刚度提高了8%~28.5%,增强后试件破坏形式由脆性受拉破坏转变为塑性受压破坏;对比传统横嵌CFRP板增强方式,竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁的受弯承载力及极限变形均有明显提高。结合力学模型提出了三种破坏形态的受弯承载力计算公式,并与实际试验结果进行对比,理论计算结果与试验结果吻合较好。     

现代胶合木梁弯曲性能试验研究

对北美进口花旗松规格材制作的清材小试件和胶合木梁足尺试件分别进行受弯性能试验,结果表明2种试件的弯曲破坏均为脆性破坏,但胶合木梁试件的破坏现象受木节等缺陷的影响更明显,其弹性模量和受弯强度明显低于清材小试件。胶合木梁足尺试件的弯曲弹性模量和受弯强度与密度不具有相关性,而清材小试件的试验结果与密度具有一定的相关性。     

不同阻燃涂料处理三面受火胶合木梁耐火极限试验研究

通过4组18根胶合木梁三面受火耐火极限的对比试验,研究截面尺寸、持荷比、阻燃涂料、木梁跨中受拉区是否存在指接对耐火极限的影响。研究结果表明,随着持荷比增加,三面受火胶合木梁耐火极限明显降低,当持荷比由30%增加到50%时,耐火极限降低5~29min;随着截面尺寸增加,耐火极限略有增加,当截面尺寸由100×200增加到150×300时,耐火极限增加1~12min;胶合木梁表面采用I型阻燃涂料涂抹后耐火极限提高4~6min,采用Ⅱ型阻燃涂料常温常压浸渍后耐火极限提高4~13min;纯弯段受拉区存在指接时,耐火极限降低4~25min。多数试件竖向炭化速度大于水平炭化速度,有阻燃涂料木梁的炭化速度略小于没有阻燃涂料木梁的炭化速度。     

FRP增强胶合木梁的受弯性能研究

对FRP(fiber reinforced plastics/polymer)增强胶合木梁的受弯性能做了详细研究。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了FRP增强胶合木梁与未增强梁的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明FRP增强杨木胶合木梁相对于未增强梁,受弯极限承载力提高了18%~63%,刚度提高了32%~88%,当配筋率为1.0%左右时,FRP增强杨木胶合木梁的受弯承载力与刚度分别可达到常用松木实木构件的1.82倍和1.35倍,并且增强构件的破坏形式大多表现为塑性受压破坏。基于力学模型分析,提出了粘结界面粘结剪应力、截面中性轴位置、FRP板拉力、受拉面层破坏荷载和极限荷载等的计算公式;然后将理论分析结果与现有的大量试验结果进行了对比,结果表明,模型精度较高,能够较好地预测FRP增强胶合木梁的受弯性能,可为此类结构构件的加工设计与工程应用提供参考。     

小跨高比胶合木梁受弯性能及增强试验

为研究工程用胶合木梁的受力性能,对分别采用未增强及在底部粘贴钢板、在底部弯剪区拧入螺钉、在两侧中部粘贴钢板增强方式的4组共计9根跨高比为12的胶合木梁进行受弯承载力试验。通过试验得到各试件破坏形态、荷载-位移曲线,分析了增强后木梁的力学性能和跨中应变分布规律。提出了木梁在三分点受弯试验时发生受拉和受剪破坏的界限跨高比; 在验证了受弯木梁的截面应变分布基本符合平截面假定后,提出了小跨高比胶合木梁及增强构件在三分点受弯试验时发生顺纹剪切破坏的极限承载力计算公式。结果表明:小跨高比胶合木梁的破坏形式为顺纹剪切破坏,破坏时无征兆,破坏面基本发生在木梁的中性轴及偏下位置; 底部粘钢梁在受弯时受压区面积增大,中性轴下移,极限承载力和刚度都有所提高; 梁底拧入螺钉和侧面贴钢板能很好地提高梁的抗剪能力和极限承载能力; 所提出的承载力计算公式的计算值和实测值相对误差大都在20%以下,且计算值相比实测值偏于安全,可为此类构件的设计和工程应用提供参考。     

指接足尺层板胶合木梁抗弯试验研究

目前层板胶合木梁的研究主要按照国家规范进行标准尺寸的抗弯强度试验,不能为工程中常用的大尺寸、小跨高比的胶合木梁的力学性能提供依据。针对这一问题,设计制作了3组不同梁高指接足尺层板胶合木梁,对其进行抗弯性能试验研究,着重对其抗弯性能、破坏形态及机理进行探讨,并分析截面高度对其力学性能的影响。结果表明:足尺层板胶合木梁有纯弯段梁底纤维拉断、弯剪段梁底指接纤维拉断及脱胶三种弯曲破坏形式。排除胶接质量的影响,梁高为300mm和400mm时为梁底纤维拉断破坏,梁高为500mm时为弯剪段梁底指接纤维拉断破坏,且均为脆性破坏。胶合质量是影响木梁抗弯强度的主要因素,木节、指接位置及梁高对其抗弯性能及破坏形式均有一定影响;在保证胶结质量的前提下,层板胶合木梁具有较稳定的抗弯承载力及弹性模量,且其抗弯承载力随着梁高的增大而逐渐减小。研究结果具有较强的工程应用价值,可为层板胶合木梁的工程设计及应用提供参考。     

预应力胶合木梁的受弯性能试验研究

对21根胶合木梁的受弯性能进行了试验研究,其中包括螺纹钢筋增强、预应力胶合木梁和未增强胶合木梁。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了不同构件的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明:增强或预应力构件的破坏形式主要表现为受压区屈服破坏;相比未增强胶合木梁,非预应力钢筋增强胶合木梁的受弯极限承载能力提高了14%,而预应力增强胶合木梁则提高了19%~50%;梁内无粘结预应力配筋对构件的物理刚度贡献不大;在木梁受压区配置适当的非预应力钢筋,能进一步提高其结构性能。     

工程竹木梁受弯性能试验研究

为研究工程竹木梁受弯性能,设计足尺花旗松胶合木梁、胶合竹梁、重组竹梁和胶合竹木梁试件进行受弯性能试验,分析试件破坏模式、承载力、变形特点。试验结果表明,4种梁破坏均由下部纤维在跨中被拉断引起,与胶合木梁易受木节等缺陷的影响相比,工程竹梁和胶合竹木梁力学性能更稳定;胶合竹梁、重组竹梁和胶合竹木梁极限荷载平均值分别较花旗松胶合木梁提高28%,91%,38%,达到极限荷载时的跨中位移平均值分别提高94%,63%,118%;胶合竹木梁极限荷载及达到极限荷载时的跨中位移均略大于胶合竹梁,表明通过工程竹材与速生木材的组合使用,胶合竹木梁受弯性能得到增强,胶合竹强度和变形能力得到充分利用。