木质工字梁翼缘/腹板接口胶合性能研究

测试木质工字梁翼缘/腹板接口胶合层拉伸性能,并对接口胶合层拉伸破坏形式及影响胶合性能的因素进行分析研究,结果表明:IB接口可以形成胶合层附近木材率先破坏的有效胶合(其木破率一般大于60%),也可发生胶合层率先破坏的无木破率的无效胶合;由于有效胶合接口的承载能力显著高于无效胶合接口,因此要求接口发生的必须是有效胶合。偏大的接口角度β和接口槽深i有利于接口有效胶合的形成和胶合性能的提高。     

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%。     

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。     

重组竹工字梁抗弯特性研究及模拟分析

开展了6根腹板与翼缘板之间采用异氰酸酯胶黏剂胶接和螺栓连接的重组竹工字梁抗弯试验研究,考察重组竹工字梁抗弯承载力特性和破坏模式。试验表明:重组竹工字梁的破坏模式为腹板受拉区撕裂破坏;随着荷载的增加,截面各部位应变发展迅速,尤其是腹板边缘处应变发展最快,首先进入塑性变形并发生撕裂破坏;继续加载,该裂纹发生纵向延伸,逐渐形成通缝,并且螺栓连接处出现撕裂。此时,试件两端上、下翼缘变形明显小于腹板边缘处,翼缘和腹板之间变形极其不协调,上翼板下端与腹板上边缘发生脱胶现象,说明腹板和翼缘连接处的剪应力传递效果不佳,影响了构件的刚度和承载力。重组竹工字梁破坏时挠度较大,工字梁的受力变形明显,6根试验工字梁的延性系数为6.0~9.0,说明重组竹工字梁的延性较好,并且工字梁的设计控制因素是变形而不是承载力。进行重组竹工字梁抗弯特性的非线性有限元模拟,分析得到的工字梁荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,工字梁的变形及应力分布特征均与试验相一致。     

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。     

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.     

预制木质工字梁翼缘/腹板接口力学性能的研究

木质工字梁是一种资源高效利用型现代木质建筑材料，梯形槽胶连接是预制木质工字梁翼缘/腹板最常用的接口方式。对其力学性能的研究表明：接口角角度β和接口槽深i是影响接口力学性能和工字梁整体承载能力最为关键的技术参数。     

日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接横纹承载性能

【目的】研究日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接在横纹荷载作用下的破坏机制和承载性能,为木结构梁、柱构件金属件连接时梁端销连接设计提供依据。【方法】在梁端部开槽钻孔后将单个钢销连接到内嵌钢填板,分别对日本柳杉锯材梁和胶合木梁进行横纹荷载作用下的弯曲剪切加载试验,按照日本通行数据分析方法确定销连接短期承载力标准值,并与5个不同国家标准规定的屈服荷载计算值进行比较。【结果】加载初期,荷载-位移曲线呈线性关系,构件处于线弹性阶段,随着位移增加曲线呈非线性,构件进入弹塑性阶段,当位移增加到一定数值,梁端出现初始脆性开裂,荷载瞬间急速减小,随后荷载又随位移增加再次上升,加载至极限状态时,梁构件产生劈裂破坏丧失承载力;最终的破坏形态为梁构件沿销孔水平剪切面开裂、销连接屈服模式Ⅲ型;通过足尺试验得到断面尺寸120 mm×240 mm锯材梁和胶合木梁的钢填板单个销连接短期承载力标准值取决于屈服荷载,分别为8.6和13.7 k N,初始开裂对应的荷载平均值分别为15.0和21.1 k N,屈服荷载平均值分别为14.50和15.00 k N,最大荷载平均值分别为27.0和30.8 k N。【结论】胶合木梁钢填板销连接的最大荷载和屈服荷载平均值均大于锯材梁,且变异系数明显小于锯材梁,含水率低而变异小,从而导致试验获得胶合木梁销连接的短期承载力标准值明显高于锯材梁,当销连接作为中小断面梁柱构件的主要连接方式时,宜选用强度等级确定、质量合格的胶合木作为木构件,比锯材具有更高的连接承载力。梁端销连接节点承载力与单个销连接承载力和销数量具有良好的相关性,可作为梁柱节点梁端销连接设计依据。销连接部位发生销屈服后木材开裂,初始开裂取决于木材抗剪强度、横纹抗拉强度和销所在的梁高部位以及销孔到梁端的距离,发生初始开裂后钢销仍能起到支撑作用,连接节点延性较好;锯材梁和胶合木梁短期承载力标准值与标准中规定的屈服荷载公式计算值吻合度较好。各国标准中关于脆性破坏计算公式均能较好预测销连接木材的脆性破坏,与试验值比较,日本标准对于劈裂破坏的计算值最为接近,欧洲和加拿大标准的计算结果更趋于保守,我国现行标准在销连接设计中尚未考虑木材的脆性破坏,今后应进一步研究完善销连接计算公式和参数,更好地保证木构件连接安全可靠度。     

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.     

锯材/单板层积材混合正交胶合木力学性能研究

为改善正交胶合木(Cross laminated lumber,CLT)的力学性能,将加拿大云杉-松-冷杉规格材和单板层积材按照不同结构进行混合组坯,形成3种不同结构的混合结构CLT,并对CLT试件进行弯曲和剪切力学性能测试,观察试件破坏形式。试验结果表明,芯层(横向层)剪切破坏是CLT梁试件弯曲破坏的主要、关键形式,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)显示了较低的横纹剪切性能;将LVL置于表层,能较大地改善CLT材料的力学性能,其顺纹抗弯弹性模量比普通结构CLT值提高17.6%,将LVL置于芯层(横向层),SPF作为表层形成的混合CLT材料力学性能低于普通结构CLT性能。     

高湿状态下单板层积材的横纹承压性能

重组加工是提高低强度木材结构性能的重要手段,以杨木重组加工的单板层积材为研究对象,从受力方式、承压方向及增强方法等方面研究了高湿状态下单板层积材的全表面、局部表面及尽端局部表面横纹承压性能。结果表明：湿环境对杨木单板层积材横纹承压性能影响较大,湿环境下其全表面横纹承压性能为干环境下的33%;杨木单板层积材横纹承压性能主要与其承压位置与承压方向有关,局部横纹承压时受到承压面周围木材纤维的支持作用显著,承压面平行于单板层时其局部承压强度最高,在干燥环境下,分别是尽端局部及全表面横纹承压强度的1.2倍和1.4倍。单板层积材结构是导致不同承压方向横纹承压性能差异的主要原因,承压面垂直于单板层时,单板层积材易过早发生分层或屈曲破坏。湿环境下单板层积材含水率较高材质较软,自攻螺钉支持作用明显,有助于改善其承压性能。杨木单板层积材横纹承压强度对环境湿度较为敏感,在工程应用时应保持环境干燥并使承压面平行于单板层。     

马尾松木材径向与弦向抗弯性能及破坏特征的比较研究

马尾松木材早晚材急变,致使径、弦向性能差异显著。研究了径、弦向弯曲荷载作用下马尾松木材抗弯强度、抗弯弹性模量及破坏形态的差异,使用扫描电子显微镜观察了径、弦向受力时破坏面的区别。结果表明:马尾松木材的抗弯强度、抗弯弹性模量均是弦向大于径向,且差异显著。径、弦向拉伸断裂面均比较粗糙;剪切破坏通常发生在管胞间,裂纹会沿着纹孔的边缘扩展,纹孔常呈现出完整形态。弦向受力时,拉伸断裂面表层管胞扭转现象明显,管胞壁产生裂隙,剪切破坏发生在径切面的木射线细胞处。径向受力时,拉伸断裂面表层管胞无明显扭转现象,剪切破坏发生在早晚材边界处。     

组坯方式对正交胶合木双向板弯曲性能的影响

【目的】近年来，随着国家在节能减排方面的要求提高，以及大力倡导使用新型绿色材料，木材作为一种传统绿色环保的建材逐渐受到人们的青睐。正交胶合木（CLT）板是近年来兴起的一种建造现代木结构建筑的新型构件，具有良好的整体性、稳定性以及较高的强度。为了研究组坯方式对正交胶合木（CLT）双向板的弯曲性能，本研究采用2种组坯方式（三层交叉和四层交叉）制作了2组厚度相同的胶合木双向板试件，研究其静力弯曲性能。【方法】用于制作试件的原材料为兴安落叶松板材与聚氨酯结构胶粘剂，制作2组、每组2个共4个正交胶合木双向板试件，通过千斤顶在板的跨中施加单点集中荷载，同时测试和分析应变、挠度和极限荷载等数据，观察裂缝开展及破坏形态，研究胶合木双向板的弯曲性能，探讨其最终破坏特征和破坏机理；运用正交各向异性弹性薄板理论对CLT双向板进行了挠度分析，并与试验结果进行了比较。【结果】正交胶合木（CLT）双向板的破坏形态主要是板底横纹受拉破坏，当加载至极限荷载80%左右时，承载能力快速下降。对于相同厚度的CLT板，四层组坯与三层组坯相比，受弯承载力提高了22.7%。【结论】对两组胶合木双向板构件的结构力学性能（平均值）进行比较，三层正交胶合木双向板与四层正交胶合木双向板相比，厚度相同的双向板在四边简支的情况下增加板的胶合层数能提高双向板的整体承载能力。正交各向异性弹性薄板理论计算正交胶合木双向板弹性阶段的挠度值与试验值吻合较好，表明提出的方法合理、可靠。     

正交胶合木(CLT)梁剪应力分析及其层间剪切强度测试

【目的】探索正交胶合木(CLT)矩形截面梁剪应力计算公式,为测试CLT梁层间剪切强度提供理论依据。【方法】根据胡克定律及梁的弯矩与剪力的微分关系,计算3层、5层和7层CLT梁及同向胶合木梁的层间剪应力,给出CLT梁剪应力计算公式,比较CLT梁及同向胶合木梁的剪应力分布特征。【结果】CLT梁层间正应力间断,但层间剪应力是连续的;对于CLT矩形截面梁,其剪应力沿截面高度变化趋于均衡,不再遵循抛物线分布; CLT短跨距梁在三点弯曲加载中,依次发生垂直层滚动剪切破坏、层间剪切破坏和平行层弯曲破坏;短跨距梁三点弯曲载荷-位移曲线的最高峰值载荷为CLT发生层间剪切破坏载荷,其值稳定、易于读取;铁杉CLT梁层间剪切强度与其平行层弹性模量呈正相关。【结论】CLT梁层间剪应力和最大剪应力与CLT层数、平行层与垂直层弹性模量比值E_L/E_T(或E_L/E_R)有关; 3层、5层和7层CLT矩形截面梁的最大剪应力均发生在梁截面中性轴上,其值分别为1.5倍截面平均剪应力的92.8%、86.7%和92.6%;短跨距梁三点弯曲法是一种有效测试CLT层间剪切强度的方法。     

国产落叶松正交胶合木胶层剪切强度评价

正交胶合木(Cross-laminated timber,CLT)胶层剪切强度是其胶合质量评价的重要指标。依据层板模量(8～12 GPa为低、12～16 GPa为中、16 GPa以上为高)、层数(3、5层)、层板厚度(15、25 mm)、组坯方向(正交和45°)共设置6种组坯方式,按照LY/T 3039—2018《正交胶合木》测试CLT板胶层剪切强度。研究结果表明:胶层剪切的破坏模式主要有沿着木材表面发生锯齿状剪切破坏和沿着横向层层板年轮方向剪切破坏;加载速率对胶层剪切强度影响不显著;除层板厚度对CLT板胶层剪切强度影响不显著外,表层层板模量、层板层数、组坯方向对CLT板胶层剪切强度存在显著性影响。     

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。     

胶合板胶合效果评价方法探讨

现行胶合板标准采用传统的胶合强度指标(含木破率)评判胶合板的胶合性能具有一定的局限性。本文通过对胶合板胶合强度的分析和胶合界面的观察，包括显微观察，提出以胶合有效性、木材破坏率和胶合层剪切弹性模量或其综合评分为衡量指标，是评判胶合板胶合效果较为客观的方法。     

马尾松胶合木顺纹植筋抗拔性能研究

笔者选择国产马尾松胶合木为研究对象,并以双组份环氧树脂为胶黏剂,开展胶合植筋连接性能研究。采用拉-拉荷载模式,研究了植筋杆直径和植入深度对胶合木植筋抗拔强度和破坏模式的影响。研究结果表明:长径比是影响植筋连接破坏载荷的重要因子。破坏载荷随长径比的增大而增大,木材与胶黏剂粘接界面名义剪切强度随长径比λ的增大而减小。试验中主要产生木材开裂、植筋杆拔出和植筋杆屈服3种破坏模式。     

马尾松防腐材胶合性能的径向变异研究

胶合性能径向变异的研究可为马尾松防腐集成材的原料选取提供重要依据。以35年生马尾松为试验用材,选用季铵铜防腐剂和间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂制备防腐材胶合试件,并检测其拉伸剪切强度及木破率,研究胶合性能的径向变异,从木材密度和胶黏剂渗透性能两方面分析胶合性能变化的原因。结果表明:沿髓心至树皮方向,马尾松防腐材剪切强度呈现出先增加(1～13 a)而后趋于稳定(≥14 a)的变化规律,不同部位对应的木破率均在90%以上,未表现出显著差异;木材密度(0.493～0.572 g/m~3)沿径向的变化趋势与剪切强度一致,且两者之间呈较强的线性正相关性(Pearson相关系数为0.659),而径向不同部位对应的胶黏剂平均渗透深度(76.65～88.01μm)之间无显著性差异。成熟材区域对应的马尾松防腐材的胶合性能明显优于幼龄材区域,因而在生产集成材时应优先选择14年生以上的成熟材为原料。木材密度是马尾松防腐材胶合剪切强度出现明显径向变异的重要影响因子,而胶黏剂在木材中的渗透性能对其影响较小。     

胶合木-钢夹板螺栓连接滞回性能试验

【目的】为探明胶合木-钢夹板螺栓连接的动力性能和抗震性能,确保连接件在车辆、机械振动等动力荷载下的可靠性。【方法】针对胶合木-钢夹板螺栓连接的构造特点,考虑胶合木厚度和螺栓直径之比(厚径比)、螺栓顺纹间距、螺栓并列和错列布置方式等参数的影响,设计制作了4类13组共39个胶合木-钢夹板螺栓连接件,在低周反复荷载作用下进行滞回性能试验。【结果】试验结果表明:在单螺栓连接中,连接部位的破坏模式逐渐由"螺栓刚直"向"双铰"转化,胶合木销槽破坏模式逐渐由销槽整体承压破坏向两端部挤压破坏转变,试件滞回曲线基本都呈现饱满的弓形和棱形,具有良好的耗能能力和抗震性能,但其承载能力较低。在多螺栓连接中,螺栓和胶合木的破坏模式分别以"双铰"破坏和销槽端部挤压破坏为主,试件滞回曲线均呈现饱满棱形,该类试件在承载能力、抗震性能和耗能能力上均有大幅提升;随着螺栓顺纹间距的增大,试件的承载能力不断增大,但螺栓顺纹间距在200 mm时,极限荷载增幅趋于平缓,初始刚度增涨大幅放缓,且整体刚度退化与螺栓顺纹间距为250 mm时基本相同;螺栓并列布置滞回曲线饱满程度好于错列布置;螺栓双排布置承载能力比单排布置的承载能力更高,刚度退化更小。【结论】胶合木-钢夹板螺栓连接具有较好的耗能能力、抗震性能及延性性能;螺栓顺纹间距在200 mm时,抗震性能最佳;螺栓错列布置的抗震性能比并列要好,螺栓双排布置的抗震性能更优越。