预组型木结构工字梁承压能力研究

本文对预组型木质工字梁的结构性能进行分析研究。通过对梁接口承压能力的测试结果表明:IB翼缘/腹板接口的端头承压破坏可分为先期破坏(对应的是无效胶合或胶合不良)和终极破坏(对应的是有效胶合)二种主要形式,先期破坏主要是翼缘/腹板胶合层的剪切破坏或工字梁槽底木材的横纹拉伸破坏,终极破坏的形式是工字梁胶合层剪切、翼缘槽底木材横纹拉伸和压缩的综合性全面破坏。由于终极破坏荷载是工字梁接口的最大垂向抗压破坏荷载,因此要求木结构工字梁接口几何尺寸的设计应努力避免垂向受压时不发生先期破坏。     

胶合木T梁负弯曲性能试验研究

【目的】探讨胶合木T梁的负弯曲性能,观察极限状态下构件的破坏形式,解析极限状态下构件的破坏机理,推导极限承载能力计算模型,以期为工程实际应用提供理论参考依据。【方法】采用跨中荷载试验与理论计算对比方式进行研究,实测分析了两组试件的应变、挠度、抗弯刚度、极限承载力及延性结果,观察分析了胶合木梁的破坏形态与破坏机理,基于Rammer剪切强度公式将弯剪强度理论值和试验值进行了对比。用兴安落叶松作为原材料,以剪跨比、跨高比为参数,设计制作2组即A组3根(高跨比1/12,剪跨比5.2)、B组3根(高跨比1/14,剪跨比6.1),共计6根平行胶合木T梁试件。将T梁反转成倒T梁,在两端简支条件下跨中加载产生正弯矩,使肋板受压、翼板受拉,模拟连续T梁跨中支承截面的受力性能。【结果】1)两组构件整体工作性能良好,受弯时极限破坏形态均为中部顺纹剪切破坏。2)两组构件相比,B组较于A组试件,屈服荷载降低9.7%,跨中屈服位移提高27.5%,极限抗弯承载力降低10.4%,跨中极限位移提高42.7%,抗弯刚度降低36%,延性系数提高22.4%。3)两组构件的荷载应变曲线在达到屈服点之前呈比例关系,满足平截面假定。4)受剪力滞效应影响,两组构件的跨中截面翼缘板正应力横向分布不均匀,呈现随距离肋板中心位置越远而越小的关系,最大差值比率达30%。5)构建了弯剪承载力计算模型,理论值与试验值最大相差3.1%,匹配度较高。【结论】总结了胶合木连续T梁在跨中支承截面的受力变形规律,揭示了其破坏机理,构建了极限弯剪承载力计算模型,经验证,具有一定的可靠性。     

BFRP筋增强胶合木梁受力性能分析

为有效提高胶合木梁的抗弯刚度,以东北落叶松为基材,制作了6组(1组未加筋和5组加筋)、每组3根共18根胶合木试验梁,分别对BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的受力性能、破坏形态和极限承载力进行了试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,根据各试验梁的破坏形态,对比分析了BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏机理及不同配筋率情况下BFRP筋增强胶合木梁的抗弯刚度与极限承载力。结果表明:1)BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏形态类似,均呈现受拉脆性破坏、受拉延性破坏和受压延性破坏三种破坏形态;即配筋率小于0.77%时,BFRP筋增强胶合木梁为受拉脆性破坏,配筋率为0.77%～1.51%时,为受拉延性破坏,配筋率大于1.51%时,为受压延性破坏;且前二者破坏均有明显的裂缝发生、发展过程。2)BFRP筋不仅明显改善了胶合木梁的延性性能,还延缓了胶合木梁的受拉脆性破坏时间,大大提高胶合木梁的抗弯刚度,从而充分发挥梁顶受压区胶合木的强度,同时使胶合木梁的承载能力也得到提高。3)当配筋率增大到超筋后,其承载能力不再继续增大。     

长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响

为研究长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响规律,以长期荷载水平、截面尺寸、有无螺钉为参数设计制作了9根钢-竹组合箱形短柱试件,其中6根为长期试件,施加长期荷载后实施二次轴心受压破坏试验,其余3根作为对比用的短期试件,直接进行一次轴心受压破坏试验。对比分析长期试件和短期试件的破坏过程、破坏形态、破坏特征,探讨长期荷载作用后的钢-竹组合箱形短柱的荷载-应变关系、极限承载力、构件延性等力学性能的变化规律。结果表明:长期荷载水平对试件极限承载力和延性系数有一定的影响,但对屈服承载力的影响不明显;增大截面尺寸,试件屈服荷载提高,极限承载力和延性系数降低;螺钉可以提高试件延性系数而对承载力影响不明显;长期荷载作用后试件极限承载力和延性均有一定的衰减,但极限承载力仍高于1.5倍的屈服承载力、延性系数大于2.0,说明长期荷载作用后,钢-竹组合箱形柱仍具有良好的强度贮备和延性性能,能够作为长期受力构件用于实际工程结构。     

木质工字梁腹板端头压板稳定性初探

对木质工字梁(IJ)腹板端头压板失稳行为的试验结果表明:木大片刨花板(WWB)、竹大片刨花板(BWB)和胶合板(W-Ply)腹板的失稳均为极值点失稳,且都经历了弹性、弹塑性和屈曲阶段的变形;大片刨花类腹板的失稳破坏特征是层间剪切破坏,胶合板腹板的失稳破坏特征是表板折断破坏;失稳临界荷载的强弱顺序为:W-ply>BWB>WWB;失稳破坏荷载的大小顺序为:(W-Ply≈BWB)>WWB;失稳后残余承载能力的强弱顺序为:BWB>W-Ply>WWB.     

分层装配式木框架梁柱结点单调加载试验

研究了一种可以分层吊装建造的木框架梁柱结点,可实现木框架结构建筑的分层装配。为测试这种新型木结构梁柱结点的受力性能,对结点进行了单调加载试验,对比结点在不同梁截面高度下的破坏特征、荷载-位移曲线和弯矩-转角曲线。试验结果表明:这种分层装配式木框架梁柱结点破坏特征基本符合刚性结点连接特性;在梁端受竖向荷载作用下的破坏形态主要表现为木梁沿木材顺纹方向开裂,上柱与下柱在连接处产生水平错动,连接木梁的螺栓弯曲变形,木梁端部与木柱连接处出现转动变形,且随着木梁截面高度的减小,转角增大;增大梁的截面高度,可提高结点的承载力及刚度。     

预组型木质工字梁静态力学性能设计思路的探讨

以钢质工字梁的设计理论和木质材料学与工艺为依据,对预组型木质工字梁(IJ)的部件——翼缘、腹板,以及两者之间的连接木质工字梁整体进行受力分析,并结合材料的蠕变等影响木质IJ静态力学性能的因素以及木结构建筑对木质IJ的要求,提出了IJ的基本设计思路。     

碳纤维增强重组竹梁的抗弯性能

研究了重组竹梁在碳纤维增强聚合物(CFRP)两种加固方法后的抗弯承载力特性和破坏模式,第一种加固方法为仅在重组竹梁受拉区的底部粘贴CFRP,第二种加固方法为在重组竹梁受拉区的底部和所有指接位置均粘贴碳纤维布,对加固后的重组竹梁进行竖向荷载作用下的静力加载抗弯试验。试验结果表明:重组竹梁经过第一种方法加固后,其极限承载能力比加固前提高了14.0%,对于挠度达到其正常使用的极限状态时的承载能力比未加固前的重组竹梁提高了6.5%;第二种加固方法与第一种相比,其极限抗弯承载能力并未得到提升,反而有所下降,但是对于挠度达到其正常使用的极限状态时的承载能力比加固前提高了19.6%。使用CFRP底部加固后,重组竹梁的抗弯承载力和变形性能相比加固前得到了明显的改善。     

基于静态弯曲性能的木质工字梁设计计算方法探讨

参照钢质工字梁静态弯曲理论,对木质工字梁（IJ）的“荷载一位移”曲线、IJ正应力理论计算值与实测值、IJ整梁挠度理论计算值与实测值的对比分析,结果认定：1）钢质工字粱的静态弯曲理论计算公式,可用于IJ弹性段应力和挠度的分析计算;2）IJ整梁静态弯曲性能的分析计算时,应注意IJ上翼缘压缩特性和下翼缘拉伸特性的差异。     

预组型木质工字梁翼缘/腹板接口的抗劈裂性能研究

采用双因素试验法,设3°、6°和9°为接口角变化水平,设9、12 mm和15 mm为接口槽深变化水平,对预组型木质工字梁翼缘/腹板接口的抗劈裂性能进行研究。研究表明:IB翼缘/腹板接口角度的大小和接口槽深的深浅对IB翼缘/腹板接口的胶合性能和承载能力产生利弊性影响。翼缘/腹板接口角度越大则接口翼缘的抗劈裂性能越好,但越深则接口翼缘的抗劈裂性能越差;从IB翼缘/腹板接口抗劈裂性能的角度看,接口角度以9°为宜,槽深以9 mm为宜。     

水分对木质工字梁翼缘/腹板接口性能的影响研究

为研究水分对木质工字梁(IB)翼缘/腹板接口力学性能及尺寸稳定性的影响,通过单因素试验,检测不同含水率下IB翼缘/腹板接口的垂向承载能力、胶合性能、以及抗劈裂性能。结果表明,IB的综合性纤维饱和点只有25%左右;含水率从8.9%提高到25%的接口的承压能力下降了47.2%,含水率从25%提高到53%的接口的承压能力仅下降了0.6%;水分对IB翼缘和腹板尺寸变化的影响是水分影响接口承载能力的间接因素;吸湿后接口的承载能力并不能恢复到吸湿前的初始水平;解吸至8.9%含水率的IB接口的承载能力比吸湿前同等含水率的IB接口低了17.8%。     

木质工字梁翼缘用杨木-酚醛树脂LVL密度的控制意义

对不同密度木质工字梁(IJ)翼缘用杨木酚醛树脂LVL(P-PF-LVL)垂直胶层静曲弹性模量(MOEB)、纵向抗拉强度(MORT)、静曲强度(MORB)和水平剪切强度(MORS)的检测,分析结果表明:1)可以利用MOEB、MORT、MORB和MORS与密度的正相关关系来设计包括IJ翼缘用LVL在内LVL的适当密度,以控制结构用LVL的目标力学性能;2)梁问距为490mm、梁跨为4 500mm、设计荷载为2.5kN/m2的241mm高的IJ翼缘用P-PF-LVL的最小安全密度应略大于0.553g/cm3同时建议提高国标GB/T20241-2006对结构用LVL的MORB的要求,增设结构用LVL的MORT.     

内聚力模型在钢-竹组合梁变形分析中的应用

钢-竹组合结构的界面是由竹胶板和冷弯薄壁型钢通过结构胶粘接形成的,为解决有限元分析中界面处理的问题,采用内聚力单元,以此为基础建立钢-竹组合双搭接试件及工字形梁的有限元模型对其进行数值分析,同时制作3个不同搭接长度作为参数的双搭接试件和5根不同规格的组合梁进行静力加载试验,绘制荷载-位移曲线与模拟结果进行对比。研究结果表明:组合梁界面破坏主要发生在翼缘部分,其变形曲线主要由两部分组成且均呈线性分布,界面损伤后梁的刚度下降明显;两种试件的试验结果与有限元结果均吻合良好,误差均在10%以内;组合梁界面胶层的破坏过程与试验观察到的结果相同;内聚力模型模拟钢-竹界面具有一定的可靠性。     

碳纤维增强重组竹受弯构件的极限承载力试验

重组竹是一种竹基高强复合材料,适用于装配式梁柱结构,但还难以满足现代大跨建筑结构的需求。在重组竹梁受拉区粘贴轻质高强的CFRP(carbon fiber reinforced polymer),可充分发挥重组竹的受压性能,提高重组竹受弯构件的极限承载力。虽然重组竹的顺纹受拉应力-应变关系呈完全线性,但由于重组竹的顺纹受压应力-应变关系具有明显的非线性,故CFRP增强重组竹梁的极限承载力分析需要采用非线性模型。笔者通过CFRP增强重组竹梁采用简支梁4点弯曲试验,在研究其受弯破坏模式与破坏机理的基础上,导出了CFRP增强重组竹梁的极限承载力计算公式,并通过试验结果验证了公式的正确性。试验与计算结果表明,CFRP增强重组竹梁的破坏显示了明显的非线性特征,梁底分别粘贴一层、二层CFRP时,其极限承载力可分别提高14%和27%。     

竹-原木组合梁受弯承载力试验与数值模拟

【目的】竹、木结构使用越来越广泛,传统竹、木结构跨度、结构尺寸和承载力受到材料特性多因素影响,大多以钢木、木混等组合居多,竹木组合结构很少,对竹木组合结构受力特性研究甚少。揭示竹木组合梁结构受力特性与承载力计算关系。【方法】以原木为骨架,利用环氧树脂胶合剂连接竹集成材一种竹-原木组合梁试验模型,采用结构尺寸和特性一致的3根原木梁和3根竹-原木组合梁,进行了三分点加载受弯对比试验,分析两种结构梁的破坏形态、极限承载力、抗弯刚度和应变变化规律。【结果】1)原木梁和竹-原木组合梁均发生脆性破坏,两种原材料天然缺陷对受弯承载力有较大影响。2)跨中截面沿高度应变仍基本符合平截面假定,说明竹材和木材能够协同工作。3)竹-原木组合梁相比原木梁组平均值抗弯承载力提高了38.8%,刚度提高43.3%,跨中挠度增加24.2%。4)竹原木组合梁受弯承载力计算简式的理论计算与与试验结果进行对比,竹-原木组合梁极限承载力相比原木梁提高37.36%与试验结果提高38.8%,平均误差值在5%以内。【结论】说明竹片充分发挥抗拉性能,抗弯刚度和承载力均有较大提高;假定推理出了数值模拟与试验结果吻合较好,该研究成果对于竹-木组合结构设计以及在木结构工程中的应用提供了试验和理论依据。     

车辆荷载作用下钢-混凝土组合梁桥的受力性能研究

目的 车辆荷载是影响桥梁力学性能以及引起桥梁疲劳破坏的重要因素之一。方法 为研究斜交钢-混凝土组合梁桥在车辆荷载下的力学性能，采用有限元方法，探究了斜交桥支座反力的分布情况以及该桥梁在车辆荷载作用下的静力学性能。结果 斜梁桥支座反力呈不均匀分布，在钝角处的反力最大，在锐角处的反力最小，出现了负反力，使锐角向上翘。在静力学分析中，最大应力发生在4号主梁跨中处。最后通过车辆荷载的横向加载确定了在疲劳寿命研究中车辆纵向加载的位置以及疲劳关注点。结论 钢-混凝土组合梁桥在车辆荷载作用下，导致桥梁跨中处的工字钢梁腹板和下翼缘连接处应力最大，容易产生疲劳损伤，在桥梁的运营维护中需要重点关注。     

预载作用下碳纤维布加固木梁抗弯性能试验

通过7组矩形木梁抗弯试验,探讨了不同预载程度和碳纤维布层数对加固效果的影响,研究了木梁的破坏特征、荷载-挠度关系、应变分布和极限承载力。试验结果表明,采用碳纤维布提高木梁抗弯承载力的方法是有效的,粘贴1层碳纤维布的木梁极限承载力提高6.2%～12.1%,粘贴2层的效果更加明显,同时我们发现预载程度对木梁极限承载力的影响不容忽视。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能试验

针对损伤严重钢筋混凝土梁进行环氧树脂修复与碳纤维布加固,加固之后进行力学性能试验,试验结果表明,三根损伤严重破坏的钢筋混凝土梁加固修复处理后,梁的荷载挠度曲线及荷载应力曲线呈现线性,极限承载能力提高达50%左右,结构延性略有下降,结构破坏形态类似受弯构件正截面破坏。试验证明,采用的碳纤维布加固和环氧树脂修复已破坏的钢筋混凝土构件的方法是行之有效的,可为实际工程加固设计提供理论和实际参考。     

冷弯薄壁型钢-稻草板组合墙体抗剪性能研究

为研究冷弯薄壁型钢-纸面稻草板组合墙体力学性能,对4面冷弯薄壁型钢-纸面稻草板组合墙体试件进行了单调水平抗剪性能试验。分析了各试件破坏形态和破坏过程,得到组合墙体的屈服荷载、极限荷载及延性系数、抗侧移刚度等性能指标。研究结果表明:冷弯薄壁型钢与纸面稻草板通过自攻螺钉连接组合方式合理,组合效应良好;组合墙体经历弹性、弹塑性、破坏三个阶段,其主要破坏模式为边立柱底部局压屈曲,部分纸面稻草板在螺钉孔处被撕裂;组合墙体具有较大的抗剪承载力,延性系数和抗侧移刚度等指标表现良好;施加上部竖向荷载使组合墙体抗剪承载力降低,带有斜撑的组合墙体能够显著提高抗剪承载力。该组合墙体抗剪承载力和抗侧移刚度对于实际工程具有参考意义。     

碳纤维增强聚合物 重组竹复合材的弯曲力学性能

重组竹已广泛应用于室内高档装饰、园林景观、室外防腐地板等领域,但重组竹的弹性模量比较小,为钢材的1/7~1/5,应用于建筑领域时难以充分发挥其自身高强度的特性。针对重组竹刚度较小的问题,提出一种重组竹板和碳纤维增强聚合物(CFRP)厚板嵌合粘接的新型重组竹复合材料,采用三点弯曲试验和有限元仿真方法,对CFRP 重组竹复合试件的失效模式、荷载 位移关系、应变曲线、胶层界面剥离影响等进行了研究。结果表明:重组竹试件失效模式是跨中位置处拉伸区域竹纤维断裂,且出现若干水平分层破坏,CFRP 重组竹复合试件的失效模式是CFRP与重组竹层间胶层出现大面积剥离;CFRP 重组竹复合试件的变形过程分为线弹性阶段和界面破坏阶段;CFRP可以明显提高重组竹梁的弹性模量和静曲强度,复合试件弹性模量是重组竹试件的2.33~2.94倍,静曲强度是重组竹试件的1.49~1.58倍;胶层界面剥离是CFRP 重组竹复合试件失效的重要因素,胶层界面剥离对复合试件的应变分布和挠度都有较大影响,完全剥离后试件的挠度是未剥离时的3.09倍。