Research progress of cross-laminated timber and bamboo (CLBT)

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。     

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。     

建筑结构用CLT板受力性能研究现状

正交胶合木(CLT)作为一种新型工程木产品,因具有良好的力学性能,被广泛应用于建筑中的墙板、楼板等构件中。通过对CLT材料的力学性能研究现状、CLT板用作结构构件(剪力墙板、楼板)性能的研究现状分析,为CLT板的大规模应用提供科学依据。     

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。     

正交胶合木墙体与楼板角钢连接节点力学性能研究

研究一种正交胶合木(CLT)墙板与楼板角钢连接节点。首先通过试验研究两种自攻螺钉在CLT板中的顺纹抗剪、横纹抗剪、抗拔性能和破坏模式,为估算CLT墙板与楼板角钢连接节点试验承载力提供依据;之后对角钢连接节点进行抗拔、抗剪方向的单调及往复加载试验。结果表明,墙板-楼板角钢连接节点主要破坏模式为与墙板连接钉的变形及墙板木材承压破坏,节点表现出较好的延性和耗能性能。     

填充正交胶合木剪力墙板的胶合木框架抗震性能试验研究

为研究胶合木框架及其填充正交胶合木(CLT)剪力墙板后结构的抗震性能,按照1∶1.5的缩尺比,设计并制作了1个单层单跨胶合木纯框架试件和4个具有不同设计参数的单层单跨胶合木框架-CLT剪力墙板试件,对其进行低周往复加载试验,得到了5个试件的破坏形态、荷载-位移滞回特性、刚度退化、耗能和变形能力等抗震性能指标,分析了胶合木框架与CLT剪力墙板的抗侧协同工作机理。结果表明：胶合木纯框架侧向变形较大,节点区出现明显的剪切裂缝,梁端节点破坏程度明显大于柱脚节点。填充CLT剪力墙板后胶合木框架的抗侧承载力得到较大幅度提高,框架节点的破坏程度得到显著改善,结构的耗能能力明显增强;CLT剪力墙板中开设的洞口类型及尺寸对其破坏方式和破坏程度产生影响。增设门洞、窗洞和无洞口CLT剪力墙板试件较纯框架试件的弹性抗侧刚度分别提高966%、1 147%和1 310%;随着CLT剪力墙板跨高比的增加,试件的承载能力和刚度均有一定的提升。填充CLT剪力墙板后胶合木框架的弹塑性层间位移角介于0.028～0.044;从加载开始至试件破坏,CLT剪力墙板承担的侧向荷载超过50%。     

Experimental study on seismic performance of glued-laminated timber frame infilled with CLT shear wall

为研究胶合木框架及其填充正交胶合木（CLT）剪力墙板后结构的抗震性能，按照1∶1.5的缩尺比，设计并制作了1个单层单跨胶合木纯框架试件和4个具有不同设计参数的单层单跨胶合木框架-CLT剪力墙板试件，对其进行低周往复加载试验，得到了5个试件的破坏形态、荷载-位移滞回特性、刚度退化、耗能和变形能力等抗震性能指标，分析了胶合木框架与CLT剪力墙板的抗侧协同工作机理。结果表明：胶合木纯框架侧向变形较大，节点区出现明显的剪切裂缝，梁端节点破坏程度明显大于柱脚节点。填充CLT剪力墙板后胶合木框架的抗侧承载力得到较大幅度提高，框架节点的破坏程度得到显著改善,结构的耗能能力明显增强；CLT剪力墙板中开设的洞口类型及尺寸对其破坏方式和破坏程度产生影响。增设门洞、窗洞和无洞口CLT剪力墙板试件较纯框架试件的弹性抗侧刚度分别提高966%、1147%和1310%；随着CLT剪力墙板跨高比的增加，试件的承载能力和刚度均有一定的提升。填充CLT剪力墙板后胶合木框架的弹塑性层间位移角介于0.028~0.044；从加载开始至试件破坏，CLT剪力墙板承担的侧向荷载超过50%。     

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。     

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板在强、弱轴方向的弯曲及剪切力学参数,并基于标准正态概率分布模型以及相关材料性能分项系数,计算了该铁杉CLT板在强、弱轴方向的抗弯、抗剪强度标准值和设计值。试验和数据分析结果表明：该铁杉CLT板在弱轴方向受弯曲和剪切作用时,其底层横纹层板对板材截面的抗弯、抗剪刚度几乎没有贡献;尽管受弯、受剪时的破坏模式在强弱轴方向有所区别,但均以较为突然的脆性破坏为主,设计时应采用经材料性能分项系数折减的强度设计值,即强、弱轴方向的抗弯强度设计值分别为10.7MPa和2.2MPa,强、弱轴方向的抗剪强度设计值分别为0.5MPa和0.4MPa。     

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.     

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轴压构件稳定系数的计算式,并通过回归分析确定了稳定系数计算式中适用于CLT的材料系数取值。对由铁杉规格材制作的3层CLT构件进行了轴心受压试验研究,所提建议式计算结果与试验结果之间相对偏差在10%以内,验证了所提出的稳定系数计算式及相应的材料系数取值的正确性和适用性,从而为CLT结构设计和工程应用提供了依据。     

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;     

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。试验结果表明,随着残损程度增加,残损木柱逐渐由轴压破坏变为偏压破坏,受压承载力显著降低。采用ABAQUS有限元软件对4种不同残损程度的木柱受压性能进行了模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了残损区域深度、长度等因素对木柱受力性能退化的影响规律。分析结果表明：随着损伤区域深度的增大,承载力降低幅值随之增大;随着损伤区域长度的增大,承载力降低趋于缓和。     

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...