正交胶合竹木(CLBT)研究进展

正交胶合木(CLT)结构因其具有施工便捷、结构性能优良和易于维护保养等优点在欧洲和北美等地获得了广泛关注,并越来越普遍地应用于多层甚至高层建筑之中。我国有丰富的竹资源,同时竹材具有良好的力学性能、可加工性和耐久性。在可工业化生产的结构用胶合竹(Glubam)基础上,作者借鉴CLT的概念进一步提出了正交或交错胶合竹木(简称CLBT或CLTB)。在综述国内外学者在正交胶合木结构的力学性能、连接方式和抗震性能等方面的研究成果基础上,介绍正交胶合竹木的力学与物理性能试验结果,包括正交胶合竹木板梁的弯曲试验、柱的轴心受压试验以及墙体的热学和声学性能试验等,提出基于高阶剪切变形理论的解析模型用以估算CLBT梁、柱在相应荷载作用下的变形量,并通过试验验证该模型的准确性。相关初步研究结果表明：正交胶合竹木CLBT有良好的力学性能和与正交胶合木相当的保温隔热及隔声性能;采用国产速生杨木与Glubam胶合竹组坯制备的正交胶合竹木梁板的力学性能不逊于采用进口木材的同类竹木梁板。因此,正交胶合竹木的研发与应用将有助于进一步合理利用我国的速生林资源和丰富的竹资源;竹木等生物质材料在建筑中的应用对于实现碳中和具有重要的促进意义。     

正交胶合竹木柱轴心受压试验研究

对利用原材料格鲁斑工程胶合竹(glubam)和SPF(云杉-松-冷杉)木材组合成的正交胶合竹木(CLBT)柱和利用SPF制成的正交胶合木(CLT)柱进行试验研究。分析其竖向应变、横向应变、侧向挠度、极限承载力等随长细比的变化规律。并把CLBT和CLT进行对比,分析其极限承载力的变化情况,探讨CLBT和CLT的破坏形态和破坏机理,最后通过参考国内外木结构设计规范,以及改进后的正交胶合竹木承载力公式计算试件承载力并与试验值对比分析。试验结果表明:CLBT的极限承载力比CLT的极限承载力增加了40.49%～61.01%,侧向刚度有明显增加,峰值竖向应变增加了30.45%～56.11%。CLT的试验值和美国木结构设计规范计算的理论值吻合较好,而与国内木结构设计标准计算的理论值随试件长细比的增大计算结果越来越偏保守。CLBT的试验值和文章改进的正交胶合竹木承载力公式计算的理论值吻合较好。     

正交胶合木墙板火灾炭化试验研究

采用耐火试验炉,开展了正交胶合木墙板试件在标准火灾条件下的炭化试验,研究正交胶合木墙板内部不同深度处的温度变化曲线、炭化深度和炭化速率等变化规律,分析不同胶粘剂对层板脱落和炭化速率的影响,对比层板脱落或不脱落情况下炭化深度的计算方法。结果表明,对于采用普通PUR 胶的试件,第一层层板50～60 min 时发生脱落,脱落后试件的炭化速率明显变大;采用耐热型PUR 胶的试件,未出现明显的层板脱落现象,炭化速率恒定,与欧洲标准中的普通木结构的名义炭化速率0.65 mm/min 相当。     

往复荷载下预应力正交胶合木剪力墙抗侧力性能研究

侧向荷载作用下,正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙的侧向承载力往往因墙体连接区域发生破坏而骤降。为了避免该破坏特征,提出在CLT墙板中贯穿无黏结预应力钢绞线,进而构成预压于基础上表面的预应力CLT剪力墙。通过拟静力往复加载试验,共测试了3面具有不同初始张拉力的无耗能件预应力CLT剪力墙和1面装有耗能件的预应力CLT剪力墙,所有试件均为2层楼层的缩尺墙体试件,且上、下层墙板间布置有经特殊构造设计的CLT-钢组合楼板系统。基于试验数据,分析侧向荷载作用下,墙体试件的力学性能参数,水平侧移、钢绞线张拉力变化特征和墙体破坏模式,计算墙板与钢基础间的最大静摩擦系数,研究耗能件对预应力墙体耗能能力的提高效果。结果表明：预应力CLT剪力墙具有良好的抗侧力性能,且加载结束后墙体试件几乎完好;位于上、下层墙板间的CLT 钢组合楼板系统能够在有效传递层间竖向力的同时,缓解其中的CLT楼板可能发生较大横纹受压变形的问题;耗能件能够一定程度上提高预应力CLT剪力墙的耗能能力,然而,耗能件与CLT墙板的连接方式还有进一步改进的空间。     

铁杉正交胶合木板弯曲及剪切性能

为了评估基于铁杉胶合、组坯而成的正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)的力学性能,通过试验分别测试了五层层板构造的铁杉CLT在强弱轴方向的弯曲及剪切性能,并分析了该板材的破坏模式.基于试验获取的荷载-挠度关系曲线,采用剪切类比法(shear analogy method),获取了该铁杉CLT...     

Influence of core stiffness on the behavior of tall timber buildings subjected to wind loads

This study analyzes the feasibility of the use of cross-laminated timber (CLT) as a load-bearing structural element in a 40-story building based on Chinese design requirements. The proposed design of the high-rise concrete–CLT building utilizes the core–outrigger system. Concrete is used for the central core and outriggers, and CLT is used for the rest of the structure of the building. Finite element models with different types of connections were developed using SAP2000 to analyze the lateral behavior of the building under wind action. The finite element models with rigid connections deduce the wind load distributions on individual structural elements, which determine the total number and the stiffness of fasteners of the CLT panels. Accordingly, spring links with equivalent stiffness that simulate the mechanical fasteners were employed in SAP2000. The results indicate that CLT increases the lateral flexibility of the building. A closed concrete core was substituted by two half cores to measure the requirement of the maximum lateral deflection. However, the acceleration at the building top still exceeded the limitation prescribed in Chinese Code JGJ 3–2010 owing to the lightweight of CLT and decreased stiffness of the hybrid building. To restrict this top acceleration within the limit, further approaches to increase the stiffness in the weak direction of the building are required. Methods such as the modification of the floor layout, increase in the thickness of walls, and addition of extra damping capacity should be considered and verified in the future.     

工程木梁的受弯性能试验研究

以江苏速生意杨为原材料加工的工程木材,包括层板胶合木(Glulam)和旋切板胶合木(LVL)等,提出几种新型的构件截面形式,对受弯构件的结构性能影响因素进行了详细分析。研究的主要目的是充分利用我国速生林资源,并将其应用于现代木结构建筑。首先,通过材料的材性试验,探讨了Glulam和LVL的主要物理力学性能;在此基础上,对31个工程木梁模型试件进行了弯曲性能的试验研究,分析了工程木梁的破坏形态和破坏机理,探讨了其极限承载力和抗弯刚度等弯曲性能,并对构件性能进行了对比;最后,分析了影响工程木梁结构性能的各种因素,包括层板组合方式、荷载方向、单板厚度(LVL构件)以及构件尺寸等。结果表明:工程木梁的结构性能远远超出了建筑中常用锯材梁的结构性能,其强度比樟子松锯材构件高出39.0%~90.0%,刚度高出35.0%~45.0%,若将Glulam与LVL进行优化组合,会取得更好的效果;构件横截面平均应变基本上呈线性分布,构件的极限拉应变约为0.006,而其破坏时的压应变最大为0.009左右;     

正交层板胶合木轴心受压构件稳定系数的计算方法

正交层板胶合木(CLT)在多、高层木结构建筑中的应用越来越多,但其轴心受压构件稳定承载力的计算是我国木结构设计中尚未解决的问题.为此,通过对各国木结构设计规范及相关技术手册中CLT轴压构件稳定系数的计算方法进行对比分析,在GB 50005-2017《木结构设计标准》中轴压木构件稳定系数计算式的基础上,提出了 CLT轴压...     

残损木柱受力性能退化试验研究与有限元分析

梁、柱等构件存在腐朽等局部残损是现存古建筑木结构的普遍状况,其显著地降低了木结构受力性能.为研究残损木柱受力性能退化规律,采用局部去除腐朽木材的方法模拟木柱上的局部残损,对4根不同残损程度的矩形木柱进行了轴心受压试验,得到了残损木柱的荷载-侧移、荷载-应变关系曲线,分析了残损木柱的破坏模式、承载力及刚度退化规律.试验结...     

装配式木框架结构消能节点拟静力试验研究

消能节点装配式木框架结构体系是以Q235钢制成的消能节点将规格木材制成的梁、柱连接成具有较大抗侧刚度的延性框架体系.通过3个足尺消能节点的拟静力试验,研究了该节点的受力性能、破坏形态、滞回特性与耗能能力等.研究结果表明:在弹性工作阶段,消能节点将木梁、柱连接成具有较大抗侧刚度的框架体系;在非线性工作阶段,结构通过节点的...     

正交胶合木-混凝土螺栓连接力学性能试验研究及参数分析

为研究正交胶合木(CLT)-混凝土螺栓连接的力学性能,对12个顺纹连接试件和12个横纹连接试件进行了单调加载和低周往复加载试验,总结了连接典型的破坏模式,得到了连接的初始刚度、承载力及延性系数等力学性能;利用ABAQUS软件对连接进行非线性参数分析,研究螺栓直径、螺栓强度等级及CLT层板厚度等参数对连接力学性能的影响。结果表明：连接的破坏模式与厚径比(CLT厚度与螺栓直径之比)相关,当厚径比不大于6.56时,主要发生单塑性铰屈服、木材销槽承压及局部承压破坏;螺栓直径一定时,增加CLT层板厚度可有效提高连接承载力;当厚径比大于6.56时,主要发生螺栓双塑性铰屈服与剪断破坏;增加层板厚度对连接初始刚度、承载力和破坏模式无明显影响。针对螺栓屈服破坏模式,增大螺栓直径可提高连接的初始刚度与承载力;提高螺栓强度等级对初始刚度影响较小,但可提高连接承载力。     

竹筋组合空心板制作与力学试验研究

近年来,我国木资源需求不断增加,国内木资源压力也不断增加。为解决国内因木资源紧张以及现今市场上竹产品无法满足作为结构建材等问题,本文提出了一种竹筋组合空心板,解决了竹重组板重,用材料大的问题,把板内用小竹条填塞成井字型竹筋组合空心板试验模型,试验采用结构尺寸和特性基本一致的两块竹筋空心组合板,进行了加载受弯性能试验,试验研究结果表明:竹筋组合空心板具有良好的承载能力,且在小变形加载过程中均发生弹性形变,在卸载后两块竹筋组合空心板均能回复到原来状态,具有良好的弹性。该研究成果对于竹筋组合空心板结构设计工程中的应用提供了一定参考。     

往复荷载下正交胶合木剪力墙的#br# 承载能力与变形模式研究

正交胶合木(Cross Laminated Timber,简称CLT)剪力墙结构具有资源可再生、装配化程度高、承载能力强等优点。文章通过拟静力试验对往复荷载下CLT剪力墙的承载能力与变形模式开展研究。设计平台法和连续法建造的带半搭接节点的CLT剪力墙试件,通过对两种建造方法的CLT剪力墙试件进行拟静力往复加载试验,对比往复荷载作用下,两种建造方法的CLT剪力墙试件的破坏模式、初始刚度、耗能能力和刚度退化特性,并分析两种建造方法的CLT剪力墙变形模式变化趋势。研究结果表明：在相同的侧向位移下,连续法CLT剪力墙的节点变形较平台法CLT剪力墙严重,且连续法CLT剪力墙的初始刚度和耗能能力较平台法CLT剪力墙高,两种建造方法的CLT剪力墙均表现出了明显的刚度退化现象。     

Experimental study on fire performance of cross laminated timber structure exposed to compartment fire

为了研究室内自然火灾作用下可燃的正交胶合木(cross laminated timber, CLT)对CLT房间火灾荷载的贡献和不同层板组成的CLT对火灾的动态影响，开展4次内表面受火面积不同、板材层板组成不同的CLT房间自然火灾试验，直接受火CLT面积占CLT房间内表面积百分比分别为0%、19.8%、36.4%和87.6%；并以双区域模型为基础，建立考虑炭化层脱落的CLT结构室内自然火灾温度场计算模型，对CLT房间火灾试验进行模拟，分析双区域模型应用于CLT结构自然火灾时的有效性及局限性。试验结果表明：CLT受火面积对室内自然火灾发展过程及热量释放影响显著，随着CLT受火面积的增大燃烧速率显著提高，火灾的热释放速率增大；炭化层是否脱落对火灾发展过程影响显著，炭化层脱落时间及区域存在随机性；CLT单层层板厚度越薄，炭化层越早发生脱落；考虑CLT燃烧及炭化层脱落的双区域模型可一定程度上准确模拟CLT房间自然火灾室内空气温度，但是火灾降温阶段双区域模型预测的温度始终低于试验温度。     

结构用胶合竹力学性能试验研究

格鲁斑胶合竹是一种天然竹纤维增强复合材料,为研究其受拉、受压、受弯及受剪等基本力学性能,综合参考《木材物理力学性能试验方法》、《木材无疵小试样的试验方法》等,进行了格鲁斑胶合竹材力学性能试验,得到了格鲁斑胶合竹抗压强度、弹性模量、抗弯强度、抗剪强度值,通过分析获得了较高拟合优度的抗拉强度和弹性模量与荷载-主纤维角度变化关系的指数拟合曲线。试验结果同时指出冷压胶合面对格鲁斑胶合竹材抗压强度有较强的削弱作用。最后,在对胶合竹结构设计方法讨论的基础上,给出了以中国木材容许应力设计方法为基础的格鲁斑胶合竹的容许设计应力建议值,并与其他几种胶合木材料进行了对比,表明格鲁斑胶合竹材能够满足建筑结构对材料主要力学性能的要求。     

室内火灾作用下正交胶合木结构受火性能研究

为了研究室内自然火灾作用下可燃的正交胶合木(cross laminated timber, CLT)对CLT房间火灾荷载的贡献和不同层板组成的CLT对火灾的动态影响,开展4次内表面受火面积不同、板材层板组成不同的CLT房间自然火灾试验,直接受火CLT面积占CLT房间内表面积百分比分别为0%、19.8%、36.4%和87.6%;并以双区域模型为基础,建立考虑炭化层脱落的CLT结构室内自然火灾温度场计算模型,对CLT房间火灾试验进行模拟,分析双区域模型应用于CLT结构自然火灾时的有效性及局限性。试验结果表明：CLT受火面积对室内自然火灾发展过程及热量释放影响显著,随着CLT受火面积的增大燃烧速率显著提高,火灾的热释放速率增大;炭化层是否脱落对火灾发展过程影响显著,炭化层脱落时间及区域存在随机性;CLT单层层板厚度越薄,炭化层越早发生脱落;考虑CLT燃烧及炭化层脱落的双区域模型可一定程度上准确模拟CLT房间自然火灾室内空气温度,但是火灾降温阶段双区域模型预测的温度始终低于试验温度。     

碳纤维布加固木梁抗弯性能的试验研究

对粘贴不同数量碳纤维布的同一尺寸木梁进行了抗弯性能的试验,分析了对比梁与加固梁的承载力、挠度等结构性能指标。试验结果表明,碳纤维布对木梁受弯有良好的加固效果。     

Experimental analysis of cross-laminated timber panels in fire

Design models of timber structures in fire usually take into account the loss in cross-section due to charring of wood. For cross-laminated timber panels in fire only little information on charring is available. The paper describes and discusses the results of an extensive testing programme on the fire behaviour of cross-laminated timber panels under ISO-fire exposure. The fire tests were performed on the small horizontal furnace (1.0×0.8 m) at the Empa in Duebendorf. Particular attention is given to the comparison of the fire behaviour of cross-laminated timber panels with homogeneous timber panels. The results of the fire tests showed that the fire behaviour of cross-laminated timber panels is strongly influenced by the behaviour of the adhesive used for bonding the cross-laminated timber panels. Depending on the properties of the adhesives at elevated temperatures falling off of the charred layers was clearly observed during the fire tests, leading to increased charring rates in comparison to homogeneous timber panels. This is the same effect as observed for initially protected timber members after the fire protection has fallen off. For the specimens where no falling off of the charred layers was observed the fire behaviour was similar to that of homogeneous timber panels.     

复合加固木柱轴压特性试验研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布复合加固不同截面木柱的加固效果,完成了54根加固木柱的轴心受压试验。考虑内嵌钢筋的数量和CFRP布的布置形式等试验影响因素的变化,分析了不同截面加固木柱的工作性能。试验结果表明:圆形加固木柱与方形加固木柱的破坏过程基本一致,圆形木柱的CFRP布易发生脆性断裂破坏,而由于钢筋的局部外凸作用,方形木柱的CFRP布表现为与木材的剥离破坏;内嵌钢筋可以提高圆形和方形木柱的承载力,CFRP布则能够明显提升圆形木柱的抗压承载力。试件的应力应变曲线分布表明:不同截面木柱的峰值应力和变形能力均随着内嵌钢筋数量以及CFRP布加固量的增加而增加;CFRP布的有效约束作用使其与内嵌钢筋相互促进、协同工作;复合加固方法对圆形木柱的加固效果优于方形木柱。基于试验数据的拟合分析,借鉴纤维复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)约束混凝土柱相关理论,建立了复合加固木柱轴心受压承载力计算模型。理论计算与试验结果的对比以及补充试验研究验证了所提出的承载力计算公式的可靠性。     

轻型竹木复合墙体的热工性能试验研究

为研究轻型竹墙的热工性能,促进推广此类新型轻质墙材在节能建筑中的应用,设计并制作了2片轻型竹墙、1片轻型木墙以及1片轻型竹木复合墙,并进行了墙体的防护热箱试验,实测获取了墙体的热阻和传热系数。结合已有文献中轻钢龙骨墙体的热工性能的试验研究结果,对轻型竹墙、轻型木墙以及竹木复合墙体等的热工性能进行了比较研究。根据ISO 6946:2007的平均传热系数计算方法对轻型竹墙、轻型木墙以及轻型竹木复合墙体的稳态传热性能进行了计算和有限元分析,验证了有限元分析的可行性。基于有限元模型分别以材料的导热系数、龙骨间距、龙骨厚度及墙内钉间距为参数对3种轻型竹木墙体的热工性能进行了模拟分析。结果表明：轻钢龙骨墙体的传热系数最大,轻型竹墙与木墙的传热系数相近,说明以竹代木的设计理念是可行的;龙骨材料的导热系数垂直积层方向变化对墙体的热工性能影响较大;增加龙骨间距可适当减小墙体的传热系数,而增大龙骨厚度则可大幅减小墙体的传热系数;墙体热工性能受墙内钉间距影响较小,钉间距超过150mm时可忽略其影响。