您现在的位置: 主页 > 新闻 >
关于我们 / ABOUT US
联系我们 / CONTACT US
365官网
联系人:赵经理
固定电话:0633-2236667
联系电话:13370630000
公司邮箱:13370630000@163.com
网址:http://www.chinapxwzts.com
公司地址:日照市岚山区碑廓镇
花旗松胶合木构件主要力学性能研究
编辑:365官网   发布时间:2021-01-12 22:09

  天津大学硕士学位论文花旗松胶合木构件主要力学性能研究姓名: 张磊申请学位级别: 硕士专业: 建筑与土木工程指导教师: 李志国2011-12 摘要木材是一种可再生的资源, 是绿色建筑的首选建材。 木结构建筑健康舒适、环保节能、 美观多样, 历来都受到人们的喜爱。 我国古代木结构历史悠久, 现代木结构技术发展缓慢, 尤其是胶合木大型建筑结构的发展才刚刚开始。 胶合木结构突破了原木结构尺寸和长度的限制, 可以建造大型公共设施、 商业建筑、 体育馆、 桥梁等, 大大扩展了木结构建筑的使用功能、 艺术特征, 满足现代社会经济发展的要求。本文选北美花旗松木材加工制...

  天津大学硕士学位论文花旗松胶合木构件主要力学性能研究姓名: 张磊申请学位级别: 硕士专业: 建筑与土木工程指导教师: 李志国2011-12 摘要木材是一种可再生的资源, 是绿色建筑的首选建材。 木结构建筑健康舒适、环保节能、 美观多样, 历来都受到人们的喜爱。 我国古代木结构历史悠久, 现代木结构技术发展缓慢, 尤其是胶合木大型建筑结构的发展才刚刚开始。 胶合木结构突破了原木结构尺寸和长度的限制, 可以建造大型公共设施、 商业建筑、 体育馆、 桥梁等, 大大扩展了木结构建筑的使用功能、 艺术特征, 满足现代社会经济发展的要求。本文选北美花旗松木材加工制作的胶合木构件进行试验, 以探宄胶合木的力学性能。 文中介绍了胶合木的胶合原理、 生产过程、 常用的结构形式以及加工中应注意的问题。 针对胶合木小尺寸梁构件弯曲试验, 通过用静态应变仪测定跨中截面应力应变, 研究其截面受力过程中的变形。 按照木结构试验标准对标准梁进行试验, 以确定胶合木结构的弹性模量及强度, 并用有限元软件A N S Y S 对梁建模分析, 对比试验结果分析梁的受力变形。 通过对不同尺寸的大体积梁, 不同指接情况的胶合木梁, 碳纤维材料加固的胶合木梁构件进行试验, 分析影响胶合木梁弯曲性能的主要因素, 对胶合木构件的工程应用提供参考。 此外, 试验中还对胶合木结构常用节点进行了研究, 分析胶合木的连接情况。通过试验研究可以确定, 胶合木结构性能良好, 强度高、 抵抗变形的能力较强。 其正截面弯曲符合平截面假定, 受力破坏形式为弯曲破坏和弯剪破坏。 用碳纤维材料加固胶合木梁后, 承载力有明显提高。 钢构件连接的胶合木节点承载力良好, 吸收能量的能力很强, 具有较好的抗震性能。关冀窝嗣: 花旗松胶合木弹性模量抗弯强度数值模拟尺寸效应碳纤维材料 A B S T R A C TW o o d is ar e n e w a b ler eso u r ce, isth e f irst c h o ic e f o rg r e e n b u ild in gm a teria ls. W o o df la m eco n str u ctio n , h ea ltha n dco m f o rt, en v iro n m en ta l p r o te ctio na n de n e r g ysa v in g ,b ea u tif u l a n dd iv er se, h a s a lw a y sb e e n lo v e db yth ep e o p le . C h in ah a s alo n g h isto r yo fa n c ie n tw o o d e n stru ctu re, th ed e v e lo p m e n to fm o d e mte c h n o lo g yisslo w ,e sp e c ia llyth ed e v e lo p m e n to fla rg e. sca leco n str u ctio n o fg lu e dla m in a te dw o o d ( G lu la mW o o d )h a so n ly justb e g u n . B r o k e th r o u g hth erestrictio n s o fth e w o o dstr u ctu r e S size a n dlen g th , th eg lu la mw o o d c o n str u c tio n c a n b u ildla rg e p u b licf a cilities, co m m ercia lb u ild in g s, sta d iu m s, b r id g e s, e tc, g r e a tlye x p a n d in gth eu sin gf u n c tio n a n d a rtisticf ea tu res o f w o o df r a m e co n str u ctio n . T h is m e e ts th er e q u ir e m e n tso fm o d e mso cia la n de c o n o m icd e v e lo p m e n t.T h eg lu la m c o m p o n e n tsf o re x p e r im e n tin th is a rticle a r e m a d e o f N o r thA m e r ic a nP se u d o tsu g a m en ziesii, to e x p lo r eth e m e c h a n ic a lp r o p er tieso fg lu la mw o o d . T h isp a p e rin tr o d u c e s th ep r in cip leso fg lu la mw o o d , th ep r o d u c tio n p ro cess,c o m m o n lyu se dstru ctu re a n dso m ep r o b le msh o u ldb ep a ida tten tio nto inth ep r o c e sso fm a n u f a c tu r e . B e n d in gtest o fla m in a te dw o o db e a m s o fsm a ll size, cro ss。 sectio n a lstr e ss a n dstra in w a sm e a su r e db yu sin gasta tic stra ing a u g etostu d yth e d e f o r m a tio np r o c e sso fcro ss. sectio nb yf o rce. T estf o rth esta n d a r dw o o db e a m s ina cco r d a n cew ithsta n d a r d f o r w o o dtest, d eterm inesth eg lulamw o o dstr u ctu r e Sstr e n g tha n db e n d in gm o d u lu s o fela sticity. W ith a n a ly sisso f tw a r e A N S Y S , w e esta b lishf in ite e le m e n tm o d e lin go fb e a m , C o m p a r iso no fe x p e r im e n ta lresu lts toa n ty sisf o r c e - d e f o r m a tio no fb e a m s. B yth etest o fth ela r g ev o lu m e o fb e a m so fd if f eren tsizes, th e g lu la mb e a m so fd if f eren tf in g e r ,c a r b o nf ib er r e in f o r ce dg lu la mb e a m s, a n a ly sisth em a in f a cto r sth a tim p a c t b e n d in gp ro p ertieso fg lu la mb e a m s, p r o v id ear e f e r e n ce f o re n g in e e r in ga p p lica tio n so fg lu la mw o o dc o m p o n e n ts. Ina d d itio n , th ec o m m o n u se d n o d e f o rl锄inated w o o dstr u c tu r e h a s a lso b e e n stu d ied , to a n a ly sisth e c o n n e c tio n s o fg lu la mw o o d .B y e x p e r im e n t stu d y , w ec a n d eterm ine th a tg lu la mw o o d stru ctu re h a sg o o dperfo rm a nce, h ig hc u r v a tu r ein a c c o r d a n c ew ithp la n e. sectio n a ssu m p tio n , d estru ctio nf o r mb yth e f o r c estren g th , stro n g a bilitytoresist d eform a tion. N orm a lsectio nco n ta in s b e n d in gf a ilu re a n db e n d in gsh e a r f a ilu re. C a rbo n f ib er r e in f o r ce dg lu la mb e a m s, th e b e a r in gc a p a c ityh a sim p r o v e d sig n if ica n tly . N o d ec o n e c te d w ith steel c o m p o n e n tsh a sg o o d b e a r in gc a p a c ity ,str o n ga b ilityto a b so r be n e r g y ,g o o dseism icp e r f o r m a n ce .K E YW O R D S : P seu d o tsu g am e n z ie sii, g lu la mw o o d , m o d u lu s o fela sticity ,b e n d in gstr e n g th , n u m e r ic a lsim u la tio n , sizeef f ect, ca r b o nf ib er 第一章绪论第一章绪论1. 1国内外的发展历程和研究现状1. 1. 1胶合木在我国的发展历程我国的木结构建筑具有悠久的历史, 由于所属历史阶段和民族文化的影响,其建造技术和建筑风格也有极大差别, 传统木结构建筑经数千年的发展, 保存下来的建筑类型、 结构、 构造也各有千秋。 斗拱和榫卯的使用更是将古木结构建筑的功能与艺术巧妙地融为一体。 最具代表性的建筑有紫禁城古建筑群、 应县木塔等, 历经百年而巍然屹立。19 55年, 我国颁布了第一本《木结构设计规范》 , 为合理使用木材创造了条件, 几经修改后, 随着胶合木在工程实际中的应用, 20 世纪8 0 年代修订的《木结构设计规范》 G B J588增加了胶合木的内容。 然而, 由于我国森林资源缺乏,木材的使用一定程度上受到限制, 木结构建筑的发展也受到了极大的制约。 20 0 3年颁布的《木结构设计规范》 广泛吸收了国外木结构先进的技术经验, 从现代木结构的观点出发, 全面系统地阐述了木结构的设计使用条件, 为我国木结构技术的发展提供了条件11】 。有关资料表明, 中国第一座胶合木结构的房屋于19 57 年在北京建成, 是我国最早的胶合木结构建筑。 19 59 年在福厦公路上蒲田枫亭镇建成的4 4 米跨径的胶合木桁梁桥, 是中国最早的胶合木桥梁, 该桥己于19 7 0年改为钢筋混凝土桥。过去几十年, 由于我国林业资源的匮乏和木材的短缺, 相关条文和政策对木材在建筑上的应用有所限制, 现代胶合木结构技术发展缓慢。 胶合木作为一种性能优良的工程木产品, 是现代木结构建筑不可缺少的。 但我国的胶合木结构技术尚不成熟, 相关的规范也正在编制中。 目前, 我国的胶合木结构技术l习lJIN 起步。但近些年来, 随着我国经济建设的飞速发展、 人民生活水平的提高以及低碳环保意识的增强, 人们对居住条件的要求出现多元化趋势, 越来越多的人又开始关注舒适美观的木结构建筑, 对木结构建筑有了新的认识, 需求也出现大幅上升。至1J2006年, 我国各地木结构建筑有2000多幢, 主要分布在北京、 上海等地【2|。 而如今, 在我国经济发达的大中型城市, 木结构住宅正出现不断增长之势, 与此同 第一章绪论时, 更多的人也开始关注更能展现建筑之美、 实现建筑多功能的胶合木结构。近些年来, 通过引进北美、 欧洲先进的胶合木结构技术和产品, 目前在北京、上海、 天津、 成都、 青岛等许多城市, 各种胶合木结构建筑相继建起。 如19 8 9年建成的四川江油电厂干煤棚弧形胶合拱屋盖结构, 跨度8 8 m , 拱高27 m , 拱脚支撑在约6 m 高的钢筋混泥土支墩上( 图1- 1); 20 0 4 年建成的上海余山高尔夫球场弧型胶合拱人行桥, 桥的跨度为33m , 宽度为2. 5m 。 该桥所有胶合木构件均采用花旗松木材生产, 拱体共分四段, 分别在三个零弯矩点采用金属连接件和螺栓连接( 图1- 2); 上海欢乐谷过山车, 以被誉为超级结构用材的美国南方松为主材, 沿湖堤搭建, 带给游客超过10 次的太空零重力感受, 挑战生命不能承受之轻( 图1. 3): 成都欢乐谷入口门厅, 由美国西部木结构工程公司设计的椭圆形胶合木结构, 于2007 年完工( 图14 )。图1- 1四川江油电厂干煤棚图1- 2上海余山高尔夫球场拱人行桥图1- 3上海欢乐谷过山车图1- 4 成都欢乐谷入口目前, 苏州胥江河上正在建造一座桁架胶合木拱桥, 该桥设计全长120 m ,单跨跨度为7 5. 7 m , 桩基部分为高强度混凝土, 桥体部分是纯木结构, 上部结构为装配式胶合木梁桁架, 桥头位置宽为12m 左右, 拱顶最窄处为6 m 。 桥面设计最厚的部分, 断面尺寸将达到1. 2m 。 该桥是国内首屈一指的木结构仿古桥梁,建成之后将是全世界最大单跨胶合木结构拱桥。 第一章绪论图2- 5胥江河木结构仿古桥发展胶合木是木结构发展的一个重要方向, 不管对我国古代木结构建筑的修复改善, 还是现代木结构的发展建设都具有重要意义。 我国已经掌握结构胶合板、定向刨花板这些复合材料的生产技术, 但对于结构胶合木制作、 安装技术及试验研究还很缺乏, 其设计、 制作、 安装主要依靠外国公司, 材料也几乎完全依靠进口。 在全球提倡绿色建筑的环境下, 对胶合木投入更多的试验研究有助于振兴我国的传统木结构, 并在一定程度上降低现代木结构的成本。1. 1. 2胶合木在国外的发展胶合木结构在西方国家己有很长的发展历史。 早在19 0 0 年, 德国的赫茨( O ttoK a rl F r ied r ichH etz er)先后在瑞士和德国申请并获得胶合木的第一批专利, 他19 0 6年在德国注册的曲线胶合木结构专利标志着胶合木建筑应用的线】 。 在北美, 结构胶合木技术的最早应用大约在19 34 年, 注册建筑师和工程师麦克斯・海因内希( M a xH a n isch )为威斯康辛州P esh tig o 市的学校和社区体育馆设计了“全胶合” 木结构拱形屋盖结构, 成为美国历史上第一座采用胶合木结构的建筑。北美、 欧洲、 日本等国家和地区有着丰富的森林资源, 发展胶合木结构具有得天独厚的优势, 工程木结构是其主要建筑结构形式。 他们对木材的使用更加科学合理, 他们的工程木产品主要分胶合板、 胶合木、 工字型木搁栅、 结构复合材。日本的森林覆盖率达67 %, 他的木结构发展也取得了举世瞩目的成就。 日本正根据他们国家的实际情况, 利用国产木材, 研究在地震、 台风频发情况下, 更适合他们的生活方式、 气候条件等的新型木结构, 在他们的新建住宅和各类建筑中,很多都用了胶合木结构。美国、 加拿大等国的胶合木结构产品己经发展至世界许多国家, 其花旗松、 第一章绪论南方松因天然的优良材质而成为加工制造胶合木的常用树种。 今天美国三分之一的国土被树木所覆盖, 比我们七十年前的树木还要多, 并且正以每天4 . 2百万株的速度快速增长, 即平均每个美国人一年种植5. 8棵树。 北美大部分的结构胶合木均由A P A ( 美国工程木协会)的会员生产, A P A 始于19 33年的美国花旗松胶合板协会, 这个行业只生产一种产品一砂光胶合板。 随着行业的发展, 胶合板产品开始包含其他树种( 主要是南方松)生产的产品时, 美国花旗松胶合板协会更名为美国胶合板协会( A P A )。 以后, 在19 9 4 年, 当产品系列包括了胶合梁、 工字木搁栅、 单板层积材和定向刨花板时, 协会再一次更名为A P A 工程木协会。良好的抗震性能也是许多国家选择木结构的重要原因, 日本是地震台风频发的国家, 其胶合木结构技术也取得了举世瞩目的成就【4】 。 传统的日本梁柱式木结构一般做成大空间, 墙壁可拆移、 不承重, 不使用斜撑。 现代的日本梁柱式木结构, 与传统的梁柱式木结构相比, 梁、 柱的截面尺寸和立柱间的距离均有所减小,且越来越多地使用集成材等木质结构材料。 日本阪神地震后, 对木结构抗震性能进行了客观积极的研究, 取得了多项研究成果【5】 。 过去日本的木制结构用材主要源自国外, 现在国内种植的人工林已能满足生产需要, 其各类工程木产品及连接件的研究都取得重大成果。由联合国欧洲经济委员会( U N E C E )和联合国粮农组织( F A O )共同发布的( ( 20 0 7- - 20 0 8 林产品年度市场报告》 显示, 北美工程木制产品产量的6 0 %以上, 用于新建民用建筑以及学校、 商店等。 欧洲20 0 7 年总产出工程木制产品250 万m 3,也主要用于桥梁、 体育馆等大型公用建筑【6】 。 纵观全球胶合木结构材料的发展,从19 9 7 年到20 0 7 年的10 年里, 世界胶合木产量增长了近3倍( 图I- 5)。 可见,胶合木在现代建筑中越来越受重视。5 0 04 0 0^*{ o o悄R咖1200k1嘉銎I图1619 9 7 20 0 7 年世界胶合木产量增长情况闭10 0U19 9 719 9 92 0 0 12 0 0 32 0 0 520 0 7 年份4 第一章绪论图17 迪斯尼溜冰场图18 伦敦文艺中心图1- 9 胶合木公路桥图1. 10 高速地铁站北美、 加拿大及北欧等国在木结构建筑的设计、 制作、 检验、 施工技术方面已有一整套完善的运行体系。 随着新型结构用胶和连接件的使用, 各种新建商场、体育馆、 桥梁、 游泳馆、 车站等公共建筑和商业建筑大多采用胶合木结构, 充分展现了胶合木结构的实用性与艺术价值, 如( 图17 ~图110 )。1. 2胶合木结构研究的背景意义1. 2. 1时代发展的需求人人都向往舒适、 健康的生活, 希望我们的居住环境环保、 节能。 目前, 全球各国都在倡导低碳生活, 如何在改善和提高人居环境质量的同时, 促进资源和能源的有效利用, 减少污染, 保护我们的资源和环境, 是建筑业发展面临的关键问题。 我们应将可持续发展的理念融合到建筑的全寿命过程中, 通过采用新技术、新材料、 降低资源和能源的消耗, 减少废弃物的产生和对生态环境的破坏, 为人们提供健康舒适的工作或生活环境, 而最终实现人与自然和谐共生的目标。 木材是一种可再生材料, 而且便于回收处理再利用, 是可供选择的绿色建材。 第一章绪论现代木结构不仅绿色环保、 节能舒适、 设计理念新颖、 形式多样、 施工周期短, 防火性能和抗震性能还很优越, 可以建造住宅、 公共建筑、 商业设施等, 能够满足现代人多方面需求。 实木锯材的尺寸和等级虽有多种, 但其截面尺寸和长度要受树木原材料本身尺寸的限制, 所以对一些大跨度构件、 拱形构件等大型承重结构构件, 实木锯材往往难以满足要求。 在这种情况下可以采用结构胶合木构件, 即可以节约钢材, 又减少了大规模使用混凝土的污染。 欧洲、 北美等许多国家和地区胶合木结构技术已经很成熟, 他们正将目光转向中国市场。 近几年来,中国和美国、 加拿大、 奥地利、 日本等国举办的木结构研讨会为发展胶合木提供了条件。 所以, 我国胶合木结构建筑在未来具有广阔的发展前景。1. 2. 2我国现代木结构发展需要木结构在国外100多年的发展历史已经充分证明了木材作为一种绿色建材在建筑工程中应用的优越性。 木材的可再生性决定了木结构的可持续发展性。 第七次全国森林资源清查结果表明, 我国森林面积1. 9 5亿公顷, 覆盖率达20 . 36%,预计到20 20 年全国将实现森林面积再增加4 0 0 0 万公顷的目标。 虽然目前只有全球平均水平的2/3, 排在世界第139 位, 人均森林面积0. 14 5公顷, 不足世界人均占有量的1/4 , 但我国的森林面积已在明显快速增长。 发展胶合木对解决我国木材资源短缺的问题有很大作用, 潜力巨大、 前景诱人。( 1)技术需要我国古代木结构的建造技术已相当成熟, 榫卯连接梁柱的框架结构体系在唐代己趋于成熟【8 】 。 我国的许多古代木结构建筑世界闻名, 而我国的现代木结构却刚刚起步。 目前, 我国的胶合木结构产品主要靠进口, 选材主要是北美花旗松、南方松等, 设计、 施工管理也多由外国公司进行, 这也是我国胶合木结构造价较高的因素。 他们正将这种产品和服务推向中国市场, 我们应该抓住这个机遇, 学习他们的经验技术, 并与我国的文化相结合, 形成自己的木结构体系。 从长远利益看, 不仅能降低木结构的成本, 还对保护环境做出了巨大贡献。积极引进国外先进的胶合木结构技术, 不管是对发展我国现代木结构技术还是丰富传统的木结构技术都显得尤为重要。 目前, 我们在胶合木结构方面的研究和实践还比较少, 有关胶合木的规范在今年将会编制完成, 这将有力地推动我国胶合木结构的发展。( 2)市场需要改革开放30 年, 我国的经济建设取得了巨大成就, 人们对生活住所质量的要求也不断提高。 木结构建筑以其优良性能变得越来越引起人们的关注。 特别在6 第一章绪论一些大城市, 由于开发商的参与和国外先进技术的引进, 胶合木结构建筑的建设成为建筑领域发展的一个新热点。上海世博会上, 瑞典馆入口大厅的创新之处就在于用了胶合木结构, 既体现了可持续发展的主题, 又展示了对大自然的热爱。 日本阪神地震中, 胶合木帮助很多人逃过一劫, 在日本最近发生的东日本大地震中, 几乎没有因地震倒塌的房屋, 这正是由于他们的建筑物大多是胶合木结构的原因。 我国地少人多, 土地资源紧张, 普及木结构住宅尚不可能, 但在高档住宅和公共设施中采用胶合木结构却是不错的选择。 目前, 在我国许多大城市的新建高档住宅、 园林景观、 大型公共建筑多采用胶合木结构, 不仅有庞大的消费群体, 而且收获巨大的经济效益。可见胶合木结构在我国的发展空间很大, 具有广阔的市场。( 3)生态需要木材是一种天然的、 健康的的材料, 生产木结构建筑材料的能耗远低于钢材或混凝土。 据清华大学建筑环境与设备工程研究所研宄得出: 木结构建筑比轻钢结构建筑节能5. 3%, 比混凝土结构建筑节能8 . 1%, 在建筑寿命周期内, 较普通混凝土屋顶可节约运行费用约6 %。 轻型木结构建筑在住宅单元的使用寿命内具有大大降低采暖和制冷费用的潜力。 ” 雅典计划” 的科学研究项目, 使用” 生命周期分析” 方法, 经过5年的时间, 将混凝土、 钢材、 木材对环境的影响进行了研究, 对比结果如表1. 1:表i- I主要建材寿命周期对环境的影响比较木结构建筑在保温节能、 环保舒适、 结构灵活及抗震防火等方面有着其他建筑无可比拟的优越性, 正好满足人们日益追求的与环境相和谐的愿望。 在工业化快速发展的今天, 发展木结构必将推动林业的发展、 森林资源的快速增长, 同时促进了生态环境的改善。1. 3胶合木结构的主要性能特点胶合木结构除了具有普通木结构美观舒适、 节能环保、 保温隔热、 抗震性能7 第一章绪论好的特点外, 还有其独特的性能优势:1、 合理优化使用木材胶合木构件在生产过程中, 可根据层板质量等级的不同而置于木构件的不同部位, 经层板优化重组, 可以做到劣材优用。 在强度要求高的部位( 如受拉区边缘)用高强板材, 低应力部位( 如中性轴附近)可用较弱的板材, 含木节的木材强度等级一般较低, 可用于受压部位或中性轴附近应力较小的部位。 此外, 还可以根据木构件的受力情况, 设计其断面形状【9 1。 胶合木的出现, 极大地提高了木材资源的利用率。 随着生产科技和计算技术的不断发展, 除了传统上用实木锯材生产的胶合木构件外, 现在也出现了一些复合结构胶合木。 例如, 在胶合木构件的受拉或受压边缘采用单板层积材, 或用其他高分子材料进行加固, 这样可以极大地提高构件的抗拉和抗压能力。2、 工业化生产结构胶合木可以在工厂工业化生产, 然后运输到现场进行装卸安装, 大大减少了建筑施工现场的工作量。 这样不但使构件尺寸具有较高的精度, 更重要的是保证了产品质量、 提高了生产效率, 在一定程度上减少了建筑成本费用。表卜2现场施工和工厂预制的对比建筑工业化就是要通过现代化的制造、 运输、 安装和科学管理的工业生产方式, 来代替传统建筑业中分散的、 低水平的、 低效率的手工业生产方式。 胶合木结构建筑多采用先进的技术、 工艺和装备, 产品生产加工快, 施工机械化水平高,减少了繁重复杂的手工劳动, 实现了资源的优化配置, 符合建筑工业化的基本内容。3、 结构形式多样胶合木是唯一可以做成弯曲形状的工程木产品, 它突破了原木结构尺寸、 形状的限制, 可以生产出形状相对自由的结构构件, 使各类创新型的木结构建筑设计成功实现成为可能。 目前, 胶合木结构不仅可以用于各式各样的住宅, 还可用于各类大型的体育场馆、 桥梁、 车站、 商业建筑等。 在保持木结构天然特性的基8 第一章绪论础上, 大大拓展了木结构的用途和功能。 随着设计计算水平的发展, 以及施工技术水平的提高, 各种各样新颖复杂建筑结构都可通过胶合木来实现, 可以充分展现建筑师的才华, 体现建筑之美。4 、 防火性能优越任何建筑物都必须满足相应建筑防火规范、 标准, 达到相应的防火安全要求。然而很少有建筑能够真正的防火, 只能通过延长耐火极限达到防火要求。 在传统的思想观念中, 木材是易燃材料, 很多人便错误地认为木结构建筑防火性能差,其实不然, 木结构在遇火的情况下, 其表面会形成阻碍氧气在木材中渗透的碳化层( 如图111), 有效地降低木材的燃烧速率。图1. 11木材燃烧状态及炭化层试验表明, 木材的碳化率通常在o . 7 m m /m in 左右。 胶合木结构通常用于尺寸较大的承重构件, 只要通过控制尺寸, 便可延长其耐火极限, 达到相应的耐火要求。 与相应承载力的钢结构建筑相比, 胶合木结构建筑具有更长的耐火极限。 可见, 胶合木结构建筑防火性能优越。5、 耐久性好很多人担心木结构的耐久性问题, 认为木结构防腐、 防虫性能差, 容易腐烂发霉或被白蚁侵蚀。 中国林业科学研究院木材保护研究室主任蒋明亮研究员称,“对中国木结构建筑的耐久性进行了评估之后, 只要建筑的设计、 建造和使用能够满足相应的规范要求, 且木材得到适当的保护和维护, 中国的木结构建筑具有很好的耐久性, 我们有信心。 ”木结构建筑在各种气候条件下留存数百年的例子不胜枚举, 正充分证明其耐久性良好。 如果使用得当, 木材是一种稳定的、 寿命长的、 耐久的天然可再生无污染材料, 采取合理建造方式和适当维护, 将可以控制真菌和虫类的侵蛀, 长久 第一章绪论耐用。 胶合木结构木材经过防腐剂处理, 严格独特的施工技术保证其既能有效地防潮, 又具有很好的透气性, 防止木材腐朽。 基础条件可根据不同的设计要求、下层土壤及现场条件来确定, 木结构比较轻, 可以建造在混凝土桩、 斜面板、 全地下室或半地下室上, 免受白蚁的入侵。1. 4本文研究的主要内容本课题主要研究胶合木梁构件的受弯性能, 包括胶合木梁构件的弯曲弹性模量、 极限承载力、 尺寸效应和指接性能对整体构件破坏的影响、 如何提高提高承载力及相应的加固措施, 还有胶合木梁的破坏形式。 此外, 对于胶合木建筑常用节点形式, 及其承载力和破坏形式也进行了试验研究。 由于我国的现代胶合木结构建筑都是引进国外的产品、 设计、 施工方法, 对胶合木结构所做的试验也很少,相关的规范还没有颁布, 希望本课题研究对我国胶合木结构的发展、 应用及试验方法研究具有一定的参考意义。10 第二章胶合木基本原理及主要结构形式2. 1概述第二章胶合木基本原理及主要结构形式工程木是以原木为主要原材料, 采用高性能的环保型胶粘剂, 利用现代木材加工技术制成的复合木材。 常见工程木主要有以下几类( 图21), 胶合木是工程木的一种, 目前胶合木主要指层板胶合木, 所用层板沿木材顺纹纤维平行方向放置n D 】 , 在厚度、 宽度和长度方向胶合而成的木材制品, 是现代木结构建筑中的主要结构材料。,“J图2- 1常见工程木胶合木所用板材为小尺寸的方材或板材, 其不仅没有破坏原木材的天然纹理、 色彩, 保持了传统木材原有的优良特性, 还具有更优越的性能。 小尺寸材料更容易剔除木材的自然缺陷, 并能得到充分干燥, 从而保证了胶合木均匀的结构强度, 尺寸和形状的稳定性; 小尺寸材料也容易经过一些化学处理, 在防火、 防腐等方面满足建筑要求; 胶合木的尺寸和形态具有更多的自由性, 可以根据需要设计出各种形状的结构构件, 充分发挥建筑师的想象力、 创造力。 胶合木结构建筑是以胶合木为主要结构材料的建筑, 常见形式有框架体系木质住宅、 大型公共木结构建筑、 木制桥梁等。 胶合木结构建筑在造型与体量、 空间构成及结构形式上具有一定的特色, 能满足人们的功能需求和精神感受。11 第二章胶合木基本原理及主要结构形式2. 2胶合木的基本原理及结构形式2. 2. 1胶合木的基本原理胶合木( G lu e dL a m in a te dT im b e r , 简称G lu la m )是一种根据木材强度分级的工程木产品, 是采用由特别挑选的单板锯材一层板, 根据其性能特点, 将其安排在不同的位置, 然后用耐久性高的粘合剂胶合在一起形成的( 如图31)。顶部受压屡中间核芯层r ! 底部受拉屡图2- 2标准截面梁布置制作胶合木构件的层板, 一般为3cm ~4 cm 左右, 经过干燥和分等分级, 根据不同受力要求和用途, 将不同等级的层板在截面方向进行组合。 强度高的层板被放在距离中性轴较远处应力较大的部位, 强度等级较低的层板放在中性轴附近, 己承担较小的应力。 根据构件在受拉或受压区安排的木板的材质等级以及数量, 构件的承载力可以得到不同程度的改变11。2. 2. 2胶合木的生产过程通过胶合木生产, 可以把采伐作业和木材加工后的短小材料, 以及人工林抚育间伐的小径材用拼接、 层积、 胶合技术, 变短为长、 合窄成宽, 积薄为厚。 胶合木可以根据需要采用不同等级的层板优化组合, 有效地避免了原木的缺陷, 做到劣材优用, 使构件具有较高的强度和耐久性。胶合木的生产过程及基本步骤如下:1、 将窑干处理后的锯材进行强度分级;2、 根据构件设计的尺寸, 对符合分级要求的锯材进行指接加工接长, 并进行指接接口的养护: 锯材指接接长后形成单板;3、 将单板材的宽面刨光, 并立即涂胶;4 、 涂胶后的单板按构件的形状叠合在一起, 并通过加压成型以及养护, 形成胶合木构件的毛截面和外形:1, 第二章胶合木基本原理及主要结构形式5、 当胶层达到规定的固化强度后, 对初步成形的构件进行锯除棱角、 刨光和砂光等处理, 使构件表面达到设计要求的光洁度;6 、 根据需要, 对构件进行最后的加工, 如钻孔或安装连接件等。~◆彝ii黎影移原木锯材窑干= = 二; 黟努呻二三砻啼指接刨光麓压胶合2. 2. 3常见的结构形式应力分级/= 兰罗涂胶压刨打包图2. 3胶合木的生产过程由于胶合木有诸多的结构特点, 其常见的结构形式有如下:( 1)直线梁、 单坡和双坡变截面梁: 适用于跨度30 m 以下的简支梁或多跨连续梁, 如图24。i档}巍缝鬃治)攀援囊馥豫罐《≯: 10一一一1一- 一” “I- ” 。 ” ~~, ~一一; 。≯蛋|If. 臻鼗襞梭鞠壤图2_ 4 直线梁、 单坡和双坡变截面梁】 3 第二章胶合木基本原理及主要结构形式( 2)斜坡弓形梁: 适用于20 m 以下的跨度, 顶部坡度应小于10 。 , 并且, 底部弯曲应尽可能浅, 如图2. 5。图2. 5斜坡弓形梁( 3)钢木桁架: 适用于7 5m 以下的跨度, 受拉杆为高强度钢拉杆, 受压杆为胶合木构件, 如图2. 6。嬲赘缓螽凝繁图26钢木桁架( 4 )两铰和三铰拱: 通常适用于6 0 m 以下的跨度, 在欧洲已建成超过10 0 m 的实例。 水平力由拉杆或承台承担, 而由风荷载产生的吸力是设计时应考虑的主要问题, 如图2. 7 。( 时)蘸铰差}|i{ 务)": i。 ll。 铰投图2. 7 两铰和三铰拱除以上的结构形式外, 还采用了折板、 薄壳及空间木桁架结构等( 图28 )。£盏{ 口,图28 折板和薄壳结构随着工业生产水平的不断提高, 计算设计技术的发展, 各种新颖复杂、 造型奇特的胶合木结构正出现在城市的现代化建筑中。14芰 第二章胶合木基本原理及主要结构形式2. 3胶合木产品的构造生产胶合木的材料可以采用针叶材或阔叶材, 为了保证胶合木产品的质量,必须对其层板尺寸、 材料等级、 端部拼接、 木板组合及粘接情况有所规定。2. 3. 1层板的截面尺寸生产胶合木的层板厚度不宜太厚, 也不宜太薄。 层板太厚, 在胶合时不易压平, 很容易造成加压不均匀, 从而可能导致各处胶缝受力情况不均匀, 对胶合构件的承载力产生不利影响, 木板越厚, 在木板干燥时要达到规范规定的含水率就非常困难, 并且木板太厚还会影响胶合构件加工定型。 但是, 木板也不宜太薄,木板太薄不仅会加大胶合木构件的制造工作量, 还会增加木材及胶料的用量。不同国家和地区对于木板厚度的规定略有不同, 例如, 在北美结构胶合木的木板的厚度一般采用38 m m , 在欧洲胶合木木板的厚度通常采用4 S m m 。 另外,树种不同对木板的厚度要求也不同, 例如在美国, 采用南方松生产的结构胶合木的木板的标准厚度为35m m , 而采用西部树种生产的结构胶合木的木板厚度一般为38 r a m 。 一般来说, 同一胶合木构件中木板的厚度应该保持一致。 我国《木结构设计规范》 G B S 0 0 0 520 0 3中规定: 制作胶合木构件所用的木板, 当采用一般针叶材和软质阔叶材时, 刨光后的厚度不宜大于4 5m m ; 当采用硬木松或硬质阔叶材时, 不宜大于35m m 。 木板的宽度不应大于18 0 r a m 。弧形构件曲线柔滑, 风格各异, 更能展现现代建筑之美感。 加工制作弧形胶合木构件时, 层板厚度不仅与构件曲率半径有关, 还与不同树种的物理特性及生产厂家的加工能力有关。 例如采用南方松, 弧形构件的曲率半径可达到lO O t( t为木板厚度), 而采用花旗松. 落叶松, 弧形构件的曲率半径则可达到125t( t为木板厚度)。 在欧洲, 弧形构件的单板厚度取决于弯曲半径, 木板厚度在18 至4 5m m之间时, 最小弯曲半径为2m 。胶合木构件截面尺寸, 理论上可以不受限制, 生产出任何尺寸的构件。 但考虑到工业化生产的要求以及对木材资源的充分利用, 世界上生产胶合木的国家或地区, 对于常用的胶合木产品, 都有标准的截面尺寸。 我国的《木结构设计规范》G B S 0 0 0 5. 20 0 3对胶合木构件截面尺寸未作具体规定。 其实标准截面只是适合一些常用的住宅建筑, 对于大型商业及公共建筑, 往往出现跨度较大、 荷载较重及其他情况, 胶合木构件形状和尺寸可以灵活设计。 第二章胶合木基本原理及主要结构形式胶合木构件由不同等级层板组合而成, 层板材质等级指接影响胶合木构件强度。 用作胶合木的木板材质等级包括目测分级和机械分级的材质等级。 与轻型木结构中规格材的目测分级要求相比, 用于木板的目测分级要求更为严格。木结构设计手册中给出了胶合木结构板材目测分级的标准。 应当注意的是,木材缺陷, 尤其是节子在分级过程中, 是以构件的截面尺寸为测量基础的。 所以当木板进行纵向锯切后, 木板必须重新分级。 除了目测分级材, 生产胶合木的国家或地区还采用机械分级的木板。 目前, 越来越多的生产厂家采用机械分级与目侧分级结合使用的分级方法, 以期获得更高的强度和刚度。 例如, 在加拿大, 用于层板胶合木的木材需经过特殊分级, 制造前, 木材需经目测法和机械应力法分级, 随后根据C S A 标准对木材进行端部对接对位。 层板胶合木的等级分类有两种:外观等级和应力等级( 确定材料强度), 应力等级有许多种而外观等级有三种,工业级、 商业级和质量级。 层板胶合木的制造商应提供产品满足工程设计的证书。2. 3. 3层板的拼接层板的拼接是保证胶合木构件突破形状、 尺寸限制的重要环节。 层板的拼接包括纵向接长、 横向拼接、 竖向层积。如果胶合木构件的长度超过木板的长度, 则木板在长度方向需要进行端部接长。 端部接长一般有以下四种方式, 即平接、 斜接、 齿接以及指接( 如图2. 9 ),平接几乎没有任何受拉承载力, 所以在受弯、 受拉以及弯曲构件中不允许采用。目前, 胶合木的生产制作中主要以指接方式进行纵向接长。 指接的加工标准、 注意事项在后面会有详细介绍。藕繁露撬攘揆图2- 9 端部接长方式当胶合木构件截面的宽度超过一块层板宽度时, 在沿截面宽度方向对层板胶合称横向拼接。 为满足工程实际的需要, 沿胶合木构件截面高度方向进行的层积16 第二章胶合木基本原理及主要结构形式胶合称竖向层积。 横向拼接和竖向层积是突破胶合木构件尺寸限制的加工工艺,大大拓展了胶合木构件的使用范围。2. 3. 4层板组合与放置胶合木层板可以用不同树种、 不同材质等级的材料进行生产, 因此胶合木构件可以由不同树种、 不同材质等级的层板进行组合。 理论上, 组合方式很多, 但在实际生产和工程中, 考虑到木材资源以及强度的要求, 层板组合主要有以下几种方式:1、 单一材质等级或多种材质等级的层板组合根据用途, 胶合木可采用同一树种下的单一材质等级或多种材质等级的木板组合进行生产, 也可以用不同树种的层板进行生产。采用同一树种下单一材质等级或多种材质等级的层板生产胶合木产品, 主要根据构件的受力性质以及荷载方向与木板方向之间的关系来决定。 当构件主要用来承受轴向荷载或弯曲荷载, 如荷载方向与木板宽面方向平行时, 胶合木构件可采用单一材质等级的木板制造。 相反, 当弯曲荷载与木板宽面方向垂直时, 结构胶合木构件可采用多种材质等级的木板制造。2、 材质等级对称与不对称的木板组合胶合木根据需要可以制成材质等级对称与不对称的构件, 见图210 。 对于受弯构件来说, 截面中最关键的部位是受弯方向的边缘受拉区。 在不对称的结构胶合梁中, 受拉区边缘部位的木板的材质等级比相应的受压区的木板的材质等级高, 这样就有效地提高了木材的利用率。 所以, 不对称胶合梁的抗弯强度值对于受拉区和受压区是不同的。如魄睫&;瑾4拦墓飘t;珏3t4I#, 一,l一lⅡ %m %m 4骥#n 《lt18一“挽醺謇城疆i罐觞零糯瓣棒零彀图2. 10 不对称与对称层板组合不对称胶合梁主要用在单跨简支梁的情况下。 有些时候, 也可用在悬挑长度不大的悬臂梁( 悬挑长度不超过未悬挑部分的20 %)中。 在连续梁的设计中, 当截面设计由抗剪或变形控制时, 也可采用不对称胶合梁。 当不对称胶合梁反向安装时, 此时应根据所提供的设计强度, 采用受压区的抗弯强度值。 在这种情况下, 第二章胶合木基本原理及主要结构形式应对梁的允许抗弯强度和梁的承载力进行校核, 以确定梁是否能承载设计荷载。施工中, 在安装不对称胶合梁时, 应注意避免将梁的顶面和底面上下方向放反。 胶合梁生产厂一般会在产品上注明顶面的位置, 以提醒施工人员的注意。对称构件中所有木板的材质等级相对于梁截面的中心线对称。 对称构件一般用在梁顶或梁底在使用中都会产生拉应力的情况, 如连续梁等。 对称结构胶合木构件也可用在单跨简支梁的情况, 当然这种情况下用不对称梁更为经济。3、 层板的放置制作胶合木构件时, 木板的放置应使构件中各层木板的年轮方向一致( 图2- 11a )。 这样, 当木板干缩时, 胶缝主要受剪, 而胶缝的抗剪能力是很好的。 如果年轮反向布置( 图2- 11b), 则木板干缩时, 胶缝将受拉, 而胶缝的抗拉能力较差, 往往会导致粘胶开裂而失效。2. 4胶合木的质量控制网圜《& )《塾图2. 11胶合时层板放置方向胶合木是工业化生产的木结构构件, 与规格材有所不同, 它的生产应该有完备的产品生产和质量控制体系, 以确保产品质量, 在产品完成后, 还应对构件进行产品测试, 以保证生产的产品满足标准要求。 对与胶合木的生产, 我国目前还没有相关的标准和试验方法, 随着胶合木工业的发展, 相关的规范和标准正在编制中。胶合木构件出厂前, 应进行常规的产品试验, 试验按标准要求进行, 保存所有的试验数据, 并经过质量控制机构的认可和批准, 以保证产品质量的一致性。胶合木的试验标准应包括木材抗剪试验、 脱胶试验、 端部拼接试验及板材的无损试验等常用的试验内容。胶合木构件通过层板之间的优化组合, 可以生产出不同强度要求的构件。 为了保证胶合木结构产品的质量, 同时也为了保证施工和验收人员能正确区分, 安 第二章胶合木基本原理及主要结构形式装和验收胶合木结构构件, 所有的胶合木构件上都必须有经过质量认证机构认可的质量认证章。 认证章的内容应该包括: 构件的主要用途( 简支受弯、 受压、 受拉、 连续或悬臂受弯等); 生产厂家名称; 产品标准名称; 木板说明; 树种; 强度等级和外观等级等内容111。 第三章胶合木梁弯曲试验研究第三章3. 1胶合木所用木材物理性能试验3. 1. 1胶合木所用木材介绍本文试验所用胶合木材料为进口的北美花旗松, 其学名为北美黄衫( P seu d o t。 u g am en ziesii), 花旗松是全世界公认的强度/重量比较高的木材, 花旗松不仅具有较高的弹性模量, 它的最外弯曲纤维应力、 顺纹拉力、 横纹剪力、 横纹压力及顺纹压力亦都极其良好。花旗松以结构性能闻名, 外观也很美丽。 当设计结构需要大型木梁、 长跨度或特殊形状的拱架( 如: 教堂、 桥梁和体育馆等)时, 花旗松是最常选用的木材种类。 由于花旗松强度高且胶合性佳, 所以常被用来制作于各种结构的胶合粱, 包括住宅、 大型商业建筑、 室内运动场、 车站和桥梁等。木材的含水率是指木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分数。 木材中主要有三种水, 即自由水、 吸附水和结合水。 自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分, 吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。 当木材中无自由水, 而细胞壁内吸附水达到饱和时, 这时的木材含水率称为纤维饱和点。木材的含水率在纤维饱和点以内变化时, 含水量增加使细胞壁中的木纤维之间联结力减弱, 细胞壁软化, 故强度降低: 反之, 水分减少, 细胞壁较紧密, 强度增高。 而当木材的含水率超过纤维饱和点时, 含水率的变化只限于细胞腔和细胞间隙中的自由水发生变化, 含水率的变化对强度几乎无影响。 第三章胶合木梁弯曲试验研究表3. 1木材含水率测定备注: 构件尺寸20m m × 20m m × 30m m ; 烘干温度103。 C 2℃取试验所用花旗松木材制成的小构件, 构件尺寸为20 m m × 20 m m x 30 m m , 在烘箱温度为10 3。 C 2℃的条件下烘干, 从烘箱中取出后放入装有干燥剂的称量瓶中, 冷却至室温后称量, 测定木材含水率如表3- 1, 由此可知, 木材含水率为7 . 62%。3. 1. 3花旗松木材力学性能试验木材力学性能试验主要测定花旗松木材的物理力学性能, 主要是木材强度。强度是指材料抵抗其受施应力而不致破坏的能力。 木材是各向异性的高分子材料, 根据所施加应力的方式和方向的不同, 木材具有顺纹抗拉压强度、 横纹抗压强度、 抗剪强度( 径向和弦向)、 抗弯强度等多项力学强度指标参数。 测定方法均采用静力荷载进行。( 1)木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力。 木材顺纹抗压强度是重要的力学性质指标之一, 它比较稳定, 并且容易测定。 根据试样长度与直径之比值, 木柱有长柱与短柱之分。 当长度与最小断面的直径之比小于11或等于11时为短柱, 大于11时为长柱, 长柱亦称欧拉柱。 根据我国国家标准《木材物理力学试验方法》 ( G B19 27 19 4 39 1)规定, 只测定短柱的最大抗压强度, 其试样尺寸为20 m m x 20 m m x 30 m m , 长度平行于木材纹理。 试验时以均匀速度加荷, 在1. 62. 0分钟内使试样破坏。 压头要有球面活动支座, 以调整受压面平整、 均匀受力。 测得的顺纹抗压强度如下( 表3- 2): 第三章胶合木梁弯曲试验研究表32顺纹抗压试验记录从试验结果中可以看出, 花旗松木材的顺纹抗压强度均在50N /m m 2以上, 取三组最接近的数据求平均值, 所得的强度值为64 . 8N /ra m 2。( 2)木材顺纹抗拉强度, 是指木材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力。 木材微纤维纵向的C - C 、 C - 0 键结合非常牢固, 破坏时的变形很小, 强度却很高,所以顺纹抗拉强度很大。 木材在使用过程中很少出现被拉断破坏, 其顺纹拉伸破坏主要是因为纵向纤维之间的剪切。 木材顺纹抗拉试验构件制作尺寸及试验图可见图3- 1。图3. 1木材拉伸试验图表3- 3顺纹抗拉试验记录 第三章胶合木梁弯曲试验研究木材顺纹抗拉强度很大, 按照木结构试验方法对花旗松进行抗拉试验时, 构件很难被拉断, 在中间截面断裂前, 构件总是在构件两端约束部位先破坏, 无法取得准确的抗拉强度。 但从试验结果可以看出, 抗拉强度都在9 0 N /m m 2以上,在强度达到9 0 N /m m 2时, 中间部位并无明显破坏迹象, 由此可以推出顺纹抗拉强度还有很大的增长空间。 理论上, 木材顺纹抗拉强度大约为顺纹抗压强度的23倍, 因此, 花旗松木材的顺纹抗拉强度至少应在10 0N /m m 2以上。木材的抗剪强度是其抵抗剪切破坏的最大应力, 分为横纹抗剪和顺纹抗剪,但横纹抗剪在实际中几乎不会出现, 通常不作为木材性能指标进行测定。 顺纹抗剪强度视其受剪面得不同分径向抗剪和弦向抗剪( 如图32)。 弦向剪切时剪切面平行于年轮, 径向剪切时剪切面垂直于年轮。弦向径向图3- 2木材弦向和径向剪切面表3- 4 顺纹抗剪( 径向)试验记录花旗松顺纹抗剪( 径向)强度均在20N /m m 2以上, 从试验结果数据中取三组最接近的求平均值, 可得顺纹抗剪( 径向)强度为23. 4N /m m 2。 第三章胶合木梁弯曲试验研究表3- 5顺纹抗剪( 弦向)试验记录由以上径向和弦向的抗剪强度可知, 花旗松针叶材其径向和弦向的抗剪强度大致相同。 对于顺纹抗剪( 弦向)强度, 取三组最接近的数据求平均值, 所得花旗松的顺纹抗剪( 弦向)强度为24 . 4 N lm m 2。 可见。 木材的顺纹剪切强度较小,大概为顺纹抗压强度的1/3左右。横纹抗压试验采用横纹局部抗压, 构件尺寸为10 0 m m × 20 0 r a m x 250 m m , 试验中的受压面积为10 0 m mX20 0 r a m 。图3- 3横纹抗压示意图 第三章胶合木梁弯曲试验研究表3- 6 横纹抗压试验记录从以上数据中, 取三组最接近的数据求平均值, 可得花旗松木材横纹受压承载力为5. 2 N lm m 2, 大概为顺纹抗压强度的1/lO 。 木材横纹抗拉强度更小, 试验中,由于应力很难均匀分布在整个受拉面上, 构件往往在一侧先被拉劈, 然后裂缝扩展至整个断面使构件破坏, 所测强度并非真正的横纹抗拉强度。 在现实中, 横纹抗拉的情况不多, 因此没有进行相关试验。综上以上试验数据, 可得花旗松木材的主要物理力学性质, 顺纹抗压强度、顺纹抗剪( 弦向)强度、 顺纹抗剪( 径向)强度、 横纹抗压强度如下:表3. 7 花旗松木材物理力学性能花旗松木材各项强度试验值如表37 所示, 木材的顺纹抗拉强度很大, 按照标准进行了多次试验, 构件总在拉断前出现局部破坏, 采取多种加固措施, 仍难以取得理想效果, 希望以后相关研究者可以提出一些好的方法, 但根据试验数据可知, 花旗松木材顺纹抗拉强度应在在10 0N lm m 2以上。 第三章胶合木梁弯曲试验研究3. 2胶合木小梁受力过程分析本文试验所用构件均取自赫英木结构制造( 天津)有限公司生产的胶合木,试验之前, 构件全部由黑色塑料膜包裹, 以防含水率的变化( 图34 )。图3. 4 塑料膜包裹的胶合木3. 2. 1试验目的及方法介绍小梁试验旨在确定胶合木构件弯曲过程中, 各向异性的木材纤维是否符合平截面假定及截面应力应变的变化, 并初步判断梁的破坏原因和形态。图3- 5加载示意图图3- 6 数据采集示意图 第三章胶合木梁弯曲试验研究试验器材主要有:压力试验机、 荷载分配梁、 滚轴、 垫板、 静态应变仪胶合木小梁尺寸选择为8 0 m m × 16 0 m m × 110 0 m m , 试验数量为3根。 为了消除剪力对正截面受弯的影响, 采用两点对称加载的方式, 使两个对称的集中荷载之间的截面在忽略重力的情况下, 成为纯弯区段( 如图35)。荷载采用逐级加载的方式, 由零开始一直加至正截面受弯破坏。 为了研究在整个加载过程中, 梁截面的破坏形式, 在梁侧面跨中沿梁高方向均匀设置应变片,所有量测数据均由静态应变仪同步采集( 如图3- 6)。将3根小梁分别编号为X L l、 X L 2、 X L 3, 其外观特征记录如下:编号外观特征X L lX L 2X L 3整体较好, 在受拉层板支座与加荷点之间区段有小缺陷整体较好, 在受拉层板跨中纯弯区段有小缺陷整体完好, 在外观上看不出明显缺陷按照前面所述方法进行试验, 测得的数据结构记录如下( 表3. 8, 表3. 9, 表3. 10):1、 X L l梁试验结果及破坏形式表3- 8X L l梁弯曲过程中的应力应变值 第三章胶合木梁弯曲试验研究图3. 7 跨中截面平均应变变化图X L l梁破坏荷载为6 5k N , 由跨中截面平均应变变化图可知, 构件中性轴几乎没有移动, 构件也几乎没有塑性变形就发生破坏, 典型的脆性破坏。 截面应变保持为平面, 符合平截面假定。图3- 8X L l梁破坏形式X L l梁破坏时的断裂点并非处于纯弯区段, 在支座与加荷点之间, 靠近加荷点的外侧。 梁在该区段既有弯矩, 又有剪力。 由于此处存在微小裂缝等小缺陷,随着荷载的增加, 加荷点; 'I- N 弯矩较大, 同时又存在剪力, 梁是在弯矩和剪力的共同作用下破坏的, 属于弯剪破坏的类型。 第三章胶合木梁弯曲试验研究2、 X L 2梁试验结果及破坏形式表3. 9X 1. 2梁弯曲过程中的应力应变值图3- 9 跨中截面平均应变变化图X L 2梁破坏荷载为8 6 k N , 由跨中截面平均应变变化图可知, 构件中性轴几乎没有移动, 构件也几乎没有塑性变形就发生破坏。 截面应变保持为平面, 符合平截面假定。 第三章胶合木梁弯曲试验研究图3. 10X L 2梁破坏形式X L 2梁破坏时的断裂点位于跨中纯弯区段, 此处没有剪力只有弯矩, 随着荷载的不断增加, 跨中弯矩不断增大, 最终在跨中纯弯段缺陷处梁产生断裂破坏,属于弯曲破坏类型。3、 X L 3梁试验结果及破坏形式表310X la 梁弯曲过程中的应力应变值商蛮荷载( 1斟)^一£ × 10。0102 0304 0506 07 08 09 010. 37 6. 7 16. 10 23. 1338. 17 36216 9- 27 33・29 4 8230 80 . . 17 0 . - 3 3 5- 4 8 5O一11- 2209 92 1802 4 4519. 33326 9 3. 3234 17 7 710 3 0- 6 53. 524 5410 2 41356. 886. 1234- 18 0 8- 2 54 6- 336 3. 10954 412 8 117 2 0. 2166 4 8158 82 14 8. 4 327 6 32 0 142 7 6 4. 7 9 27 8 82 4 0 83 3 8 612 9 07 7 42 8 4 44 10 47034 67 1710 59139 618 0 32 2 7 02 9 6 33 7 174 4 2 5 第三章胶合木梁弯曲试验研究0、 r)r、 二t o 、 3o { 7 一)?o( , 。 三oo £1l:。 H j龇# t。 m j童芟£图3. 11跨中截面平均应变变化图X I_ 3梁破坏荷载为10 2k N , 由跨中截面平均应变变化图可知, 截面应变保持为平面, 符合平截面假定。 构件破坏前, 中性轴略微上移, 受拉区面积增大, 受压区面积减少, 构件产生少量的塑...

365官网

版权所有:日照双剑国际贸易有限公司

365官网 - 建筑木方 - 建筑木材 - 古建筑材料 - 建筑方木 - 建筑口料