一种新型复合木梁的受弯性能研究

主要研究了杨木旋切板胶合木(LVL)受弯构件的结构性能,建立了受弯构件的计算模型。通过试验,探讨了材料的部分物理力学性能,分析了受弯构件的破坏形态与破坏机理,并将其受弯性能与建筑中常用的锯材构件作了对比分析。试验结果表明,LVL梁的结构性能大大超出了锯材构件,其不仅具有较高的强度与刚度,还具有较低的强度变异性;分析了旋切板厚度与荷载作用方向对构件结构性能的影响;验证了平截面假定。利用极限应变法对构件的弯曲性能进行了理论分析,其结果与试验结果吻合良好。     

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。     

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。     

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。     

FRP加固木梁的受弯性能研究

为考察纤维增强复合材料(fiber reinforced plastics/polymer,FRP)对木梁的加固效果,对比分析了6根普通木梁和21根FRP(包括CFRP和GFRP)加固木梁的极限荷载与抗弯刚度等结构性能,并探讨了构件的破坏形态与破坏机理. 结果表明:FRP可避免或延缓木梁的受拉脆性破坏,降低木材缺陷对其受弯性能的影响,充分利用木材的抗压强度并显著提高构件的刚度和延性性能;当配筋率为0.37%～1.13%时,FRP加固木梁比未加固木梁的极限承载力提高了17.7%～77.3%. 基于极限应变分析方法,提出了构件极限承载力的计算公式,经国外试验结果初步验证后发现,该计算公式简便且结果精度较高.     

落叶松胶合木梁疲劳性能试验研究

胶合木梁的疲劳极限荷载远低于静力极限荷载而易于破坏,通过落叶松胶合木梁的等幅疲劳试验及静力对比试验,分析了落叶松胶合木梁疲劳破坏形态与破坏机理,并研究了其疲劳特性,探讨了弯曲刚度退化规律。结果表明:落叶松胶合木梁的疲劳损伤从受压侧展开,受压侧塑性区高度随循环次数增加而逐渐向受拉侧扩展,最后因试件承载力降低而发生受拉破坏或顺纹剪切破坏;随着疲劳循环次数的增加,疲劳试验梁跨中挠度及拉、压应变逐渐增大,且压应变增幅大于拉应变,但其截面应变分布仍符合平截面假定;经疲劳荷载作用后,梁的弯曲刚度逐渐降低,基本呈线性退化,应力水平越高,其刚度退化越明显,并得出了不同应力水平下落叶松胶合木梁的刚度退化方程;落叶松胶合木梁的疲劳寿命随应力水平的提高而降低,在应力比为0.2,应力水平为0.55倍静力极限荷载时,疲劳极限超过200万次,满足构件有限寿命疲劳设计的要求,说明胶合木梁具有较好的疲劳特性。此外,通过对试验数据进行线性回归分析,初步得出了落叶松胶合木梁的S-N曲线数学表达式。     

胶合竹木梁抗弯性能试验研究

以重组竹、胶合竹和云杉为层板材料,设计制作10组共计30根由六层层板胶合成的胶合竹木梁试件,并对其进行受弯性能试验,试验参数包括工程竹种类、层数、布置位置等;分析了各组试件的破坏模式、等效弹性模量、屈服荷载、承载力、变形能力及应变分布,通过不同胶合竹木梁组合方式的对比,提出最优组合方案;并根据组合梁的应变分布和简化本构关系,采用分层叠加法计算了各种层板组合方式胶合竹木梁的受弯承载力,同时对层板间胶层抗剪强度需求进行了分析。结果表明,在云杉胶合木梁的受拉一侧胶合工程竹板后,胶合竹木梁破坏时的变形能力较相同尺寸的纯云杉胶合木梁有明显提升,提升幅度为64.8%~123.9%;而在云杉胶合木梁的拉压区都胶合工程竹板后,承载能力和变形能力较相同尺寸的纯云杉胶合木梁都有显著提升,承载力提升幅度为63.9%~97.0%,破坏时的变形能力提升幅度为124.8%~167.5%;上部一层和下部两层木板替换成工程竹板后,承载力较纯云杉胶合木梁提高了82.3%,基本接近纯工程竹梁的力学性能,是较优的层板组合方案。     

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。     

新型钢-木组合梁抗弯性能数值分析

提出一种新型的钢-木组合梁,为研究其受弯性能,采用有限元程序ANSYS对3个不同规格组合梁构件,1个普通胶合木梁进行有限元数值分析。分析结果表明:薄壁型钢-胶合木组合梁与普通的胶合木梁相比,受弯极限承载力提高28%~85%,跨中极限变形提高76%~146%。冷弯薄壁型钢-胶合木组合梁具有良好的抗弯性能。     

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。     

碳纤维布增强杨木LVL梁试验研究

对速生杨木制作的单板层积材的材料性能进行测试,材料性能测试结果表明杨木LVL可作结构材使用;在杨木LVL生产过程中采用碳纤维布与其复合,对其进行增强,并制作了一批梁试件做试验研究。通过试验分析选择了合理的梁截面形式,试验结果表明碳纤维布增强后杨木LVL梁的承载力、刚度显著提高。     

速生杨木LVL材料性能试验研究

对速生杨木制作的单板层积材(Laminated Veneer Lumber,简称LVL)的各项材料性能指标进行测试,将测试验值按《木结构设计规范》确定设计值方法换算,结果表明杨木LVL可作结构材使用.     

胶合木梁中温度与湿度应力研究

采用有限元模拟的方法,应用Luikov传热传质模型,对层板胶合木梁中因环境变化而产生的横纹湿热应力进行了计算分析。结果显示,在环境条件以天为周期变化的情况下,对梁的影响主要集中在梁的表面附近,尤以湿度应力更为显著。因温度变化而产生的横纹温度应力相对较小,在一定条件下可以忽略其影响,而湿度应力则已达到可能使构件表面开裂的应力水平,因此在设计中应对其给予足够的重视。     

意杨旋切板胶合木轻型桁架屋盖的受力性能

在已有意杨旋切板胶合木（意杨LVL）材料及单榀桁架受力性能的研究基础上,开展了轻型桁架屋盖的受力性能研究。通过4个意杨LVL轻型桁架与OSB板形成的屋盖模型受力性能试验,分析了屋盖各桁架的荷载分配特征、屋盖的承载力及破坏模式。研究结果表明：各屋盖模型的荷载-位移曲线在破坏前基本呈线性;在不同加载工况下,直接承受荷载作用的桁架会将16％~46%的荷载传递至未直接受载桁架,屋盖呈现明显的空间受力特点,且在单榀桁架发生破坏后其邻近桁架仍具有一定的承载能力;从破坏现象看,受节点附近压弯联合受力状态的影响,屋盖模型的失效主要源于桁架上弦杆件的褶皱、压屈。     

Effects of logs steaming,veneer drying and aging on the mechanical properties of laminated veneer lumber (LVL)

In this study the effects of steaming and drying condition on the mechanical properties and durability of laminated veneer lumber (LVL) and solid sawn lumber were investigated in a comparative way. Steamed beech and steamed and non-steamed spruce logs were used and two different veneer drying temperatures (20 and 110 °C) were selected for this aim. Aging test was applied according to EN 321 to determine the durability of LVL and solid wood samples. Steaming decreased considerably all investigated strength properties of LVL panels and the least affected was the compression strength. The compression strength and the static bending strength values of both beech and spruce LVL panels were higher than those of the solid wood groups obtained from the same logs. The impact strength values of LVL panels, unlike the static bending strength and the compression strength, were lower than those of the solid samples, which were not steamed and aged.     

碳纤维布加固新疆杨木梁抗弯性能试验研究

对11根矩形截面新疆杨木梁进行抗弯静力试验,研究在受拉区粘贴碳纤维布加固木梁的抗弯性能,同时对新疆杨木的含水率、顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度和局部横纹抗压强度等进行测定。验证平截面假定,并得出破坏特征、极限荷载以及荷载与挠度之间关系等。试验结果表明:在木梁受拉区粘贴碳纤维布是提高新疆杨木梁抗弯性能的有效方法。     

竹集成材简支梁抗弯性能试验研究

基于15根竹集成材简支梁的抗弯试验,研究其作为结构构件时的抗弯性能。结果表明:竹集成材简支梁共存在3种主要的破坏形态,即梁底部竹片指接处脆性拉断、梁底部竹束胶合面斜向撕裂及梁底部竹纤维束逐渐拉断;竹梁破坏时的挠度已达梁跨度的1/50,若类同木梁采用梁跨度的1/250作为挠度限值,则可考虑以挠度作为控制指标进行构件设计;竹梁在破坏前,其横截面应变沿梁高度方向基本符合平截面假定;在加载初期,竹梁跨中截面曲率随外荷载基本呈线性变化,当弯矩达到极限弯矩的60%左右时,竹梁的截面曲率开始进入非线性阶段;随着曲率的增大,截面刚度逐渐退化,直至构件破坏。