胶合空心木柱结构设计与制造工艺

胶合木结构建筑中,柱作为轴心受压构件,需要对其承载能力进行强度和稳定性验算。对空心柱进行理论设计计算,从而确定一定尺寸、规格下柱能承受的最大载荷。由于没有专用设备进行实验论证,本研究仅对不同规格的空心木柱和实心木柱进行对比,得出了在保证空心木柱强度与实心木柱相当时,空心木柱的外围直径与实心木柱相比均有一定程度扩大的结论,从而使胶合木结构中的胶合木柱达到了美观与结构的双向要求。同时提供了几种具体空心木柱的外观设计。     

四肢规格材格构柱轴心受压性能试验

传统木结构建筑的原材料主要是原木和锯材,严重依赖于大量的天然林木资源。木材不仅存在天然的缺陷,其尺寸也不能满足施工建筑的要求且面临运输和现场安装等困难,这些问题很大程度上限制了传统木结构建筑的应用和发展。为了提高木材利用率,实现现代化装配式的要求,提出了一种SPF规格材格构柱代替传统的实心木柱作为结构承重构件。对3组共9个四肢规格材格构柱进行轴心受压试验,研究了轴向和弱轴柱中的荷载-位移曲线、柱跨中的荷载-应变曲线,分析了格构柱的破坏形态、变形和稳定承载力。结合试验结果与理论推导,对规格材格构柱的稳定系数进行修正,提出了规格材格构柱稳定系数经验计算公式。通过ABAQUS软件建立有限元模型并进行数值模拟,与试验结果进行对比分析,验证数值模拟的准确性。研究结果表明：该类SPF规格材格构柱在轴心荷载作用下的破坏形态分为整体失稳破坏和单肢失稳破坏,局部沿顺纹方向、木节和节点处产生裂纹以及柱端压溃破坏,并得出格构柱单肢长细比越大,轴向位移和柱中侧向位移越大,极限应变也越大,极限承载力随着单肢长细比的增大而降低的结论。上述试验研究与理论分析为规格材格构柱在实际工程中的应用提供设计参考和理论依据。     

国产胶合木柱生产碳排放量测算及碳减排研究

碳排放量是评估胶合木生产环境影响的重要指标,现有碳排放数据多引用国外和基于理想模型测算,难以真实反映我国当下生产条件碳排放水平。以赤松(Pinus densiflora)胶合木柱为研究对象,基于现场调研分析胶合木柱生产工艺过程的碳排放源,从辅料、能源两个方面建立碳排放边界模型和物料清单,计算产品碳排放量,并分析生产过程碳排放特征,从生产工艺角度提出减碳方式。结果表明：胶合木柱的碳排放量为330.16 kgCO₂e/m³;锯材生产阶段、胶合木及木柱制作阶段的碳排放量分别占总量的78.5%和21.5%;窑干、接长、施胶、搬运经优化后,可实现碳减排44.3%,优化效果显著。     

落叶松胶合木构件横纹受压性能试验研究

为研究落叶松胶合木构件横纹受压性能,选取落叶松为原材料制作胶合木试件,测定落叶松胶合木试件密度、含水率,进行横纹受压性能试验,探讨其破坏模式,并计算横纹抗压强度与横纹抗压弹性模量.试验结果表明:落叶松横纹受压破坏为塑性破坏;密度为0.64 g/cm3的落叶松胶合木构件横纹受压比例极限强度为60.78 MPa;试件含水率为11.3％与12％时的横纹抗压弹性模量分别为:254.8 MPa,245.0 MPa.     

空心胶合木梁柱式结构抗侧力性能研究

为研究空心胶合木梁柱式结构体系抗侧力性能,对纯框架及框架-人字撑两种单跨结构试件进行了单调及低周反复加载试验,考察了结构破坏模式、耗能能力、刚度等抗震性能。结果表明:纯框架与框架-人字撑结构均具有一定抗侧力性能,但纯框架结构承载能力较弱,不建议单独用于工程实践;框架-人字撑结构具较大抗侧刚度及承载力,分别为纯框架的6.3倍及2.68倍,但其延性仅为纯框架的67%。两种结构失效前强度退化小于30%,具足够剩余承载力。     

正交胶合木抗压承载力试验研究

为获得正交胶合木（CLT）截面的综合抗压性能,对由云杉-松-冷杉（SPF）制成的CLT试件进行抗压试验,并基于复合层板理论计算CLT的抗压强度、泊松比及弹性模量等,旨在为CLT力学性能测试提供参考。制作了9个尺寸相同的CLT试件进行轴心受压试验,分析其极限承载力、纵向应变、横向应变、泊松比等的变化规律;依据《木结构设计标准》预测试件的理论承载力并辅以有限元验证。结果表明：荷载-轴向位移试验曲线呈典型的二折线特征,轴压力下试件分别经历了弹性和弹塑性阶段直至试件破坏;经换算得到的SPF等效弹性模量为10 011.57 MPa,抗压强度为35.16 MPa,泊松比为0.39,理论计算值与试验值较为吻合;弹性段有限元模拟结果与试验值吻合良好。     

竹材表面胶合性能

该文主要研究竹材表面胶合性能,重点探讨了竹材的热压压力、施胶量、竹龄、组坯方式、竹材的不同处理方式等因子对竹材胶合性能的影响,用电子扫描镜观察竹材胶层分布情况。研究结果表明:热压压力、施胶量、竹坯的组合方式对竹材的胶合强度有显著影响;未经处理的竹材表面的胶合性能优于高温和硼酸处理;竹材胶层的微观观察结果表明:在相同压力下,1度竹的胶层与竹材之间的有较大的缝隙存在,胶合面平整度低;其他龄竹竹材的胶层均未发现较大的缝隙,并且胶层表面相对平整,胶层在竹材表面最薄处只有10μm,最厚处在40~50μm之间;在15 kg.cm-2和20 kg.cm-2的压力下,基本上未见到胶层与竹材之间的缝隙,压力变化对胶层厚度没有显著影响,一般胶层厚度小于10μm。     

四种桉树木材实木胶合性能研究

从单位压力和涂胶量着手,初步研究了4种桉树的实木胶合性能.结果表明:柠檬桉和窿缘桉密度高,属难胶合材,在本试验中单位压力和涂胶量对其胶合性能影响不显著,剪切强度变异性大,木破率低;巨桉和尾巨桉的密度较低,胶合性能较好,单位压力和涂胶量对其胶合性能影响显著.     

现代胶合木拱桥结构性能评价

近年来由于减少人行天桥对环境影响的意识逐渐增强,使得现代木结构桥梁广受关注。为分析某胶合木拱桥的稳定性和评价其承载能力是否满足设计要求,进行了结构有限元仿真分析和现场静载试验。采用实桥理论计算、现场试验和试验结果与计算结果对比分析的方法,研究桥梁的稳定性和静荷载作用下的工作状况。综合桥梁静载试验效应与校验系数的分析结果,进而对桥梁的结构性能做出评价,为桥梁运营期间的安全性提供科学的数据资料。调查和研究结果表明:现代胶合木结构人行拱桥不仅表现出良好的工作性能,而且较建造同跨径混凝土结构桥梁和钢桥更具经济效益,其建造过程还能最大限度减少对生态环境的影响。     

角钢⁃集成材L形组合柱的受压性能研究

为提高装配式木结构中异形柱的力学性能,设计了一种用热压等边角钢和SPF集成材为原料,环氧树脂胶黏剂连接制作的角钢-集成材L形组合柱,作为框架结构或框架剪力墙结构的角柱。以角钢边宽度对L形柱正截面承载力的影响进行了轴压试验研究,并进行ANSYS有限元模拟,以判断模拟预测的准确性。结果表明:角钢-集成材L形组合柱相对于同截面面积的木柱而言承载能力上升37.0%~51.4%,刚度上升36.5%~72.8%,同时L形柱有良好的延性;适当增加L形柱中的角钢边宽度可以使承载能力有效提高,但是其短边处的集成材易产生破裂,增加试件的脆性破坏;集成材之间的环氧树脂胶合界面在破坏前后都性能良好,在材料弹性阶段钢材和木材有效共同受力,承载力计算时需要考虑钢材的塑形增强作用;ANSYS有限元模拟的角钢-集成材L形组合柱弹性模量结果和试验结果一致,误差在10%以内,模拟结果基本可靠。研究成果对于预测角钢-集成材L形组合柱在实际预制装配时的安全可靠性提供了理论依据。     

云杉胶合木钢板斜螺钉连接的剪切性能研究

为准确评价斜螺钉连接钢 木节点的剪切性能,探明其受力机理,以云杉胶合木、钢板和自攻螺钉作为研究材料,测试不同荷载方向与受力情况下斜螺钉连接节点的承载性能,将试验数据与国外规范中的计算模型进行对比,提高了侧边钢板 胶合木(钢 木)斜螺钉连接节点承载性能的预测能力。结果表明:自攻螺钉与剪切面之间的角度变化对其在钢 木节点承受剪 压复合应力的承载力影响不明显,当偏转为剪 拉复合应力时,节点承载力明显增大,并在30°~45°获得最大值;剪 压复合应力时,现行EC5公式计算剪 压节点的极限承载力非常不安全;EC5的刚度预测结果在剪 压复合应力区和垂直剪切面钉入时,与试验值吻合度很高,但对剪 拉区节点的滑移模量没有预测性;将Tomasi模型应用于斜螺钉连接钢 木节点滑移模量理论计算时,在45°~90°时与试验值吻合度极高。单颗自攻螺钉的抗拔刚度计算节点滑移模量的方法极为有效,具有较高的借鉴意义。     

SPF胶合木植筋抗拔性能研究

采用“拉-拉”荷载模式研究SPF(云杉-松木-冷杉)胶合木植筋抗拔性能,探讨了边距、胶层厚度以及长径比等对胶合木植筋连接抗拔强度和破坏模式的影响.结果表明:边距对植筋连接抗拔强度有显著影响,胶层厚度对植筋抗拔强度有极显著影响,长径比是影响植筋连接抗拔强度的重要因子;植筋连接抗拔强度随长径比的增大而增大,当长径比达到一定值时植筋抗拔强度取决于植筋杆的屈服强度;胶合木开裂、植筋杆拔出和植筋杆屈服是试验中的3种主要破坏模式.     

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...     

胶合木T梁弯曲承载力试验研究

为了增强结构整体性与耐久性,节省材料,降低造价,提出一种理论上适合工程应用的正交胶合木T梁这一新的构件形式。采用兴安落叶松板材和结构胶,制作了正交T梁、平行T梁(高跨比1/7.6)及矩形梁(高跨比1/9.2)共3组试件,进行静力弯曲承载力试验,对比分析各类构件的应变、挠度及极限承载力。结果表明:1)3类梁受弯时均为中部顺纹剪切破坏,正交T梁的抗弯承载力比矩形梁提高了33%,比平行T梁低30%;2)基于刚度等效原则,提出了将正交T梁等效为平行T梁,然后采用Rammer抗剪强度公式来计算其弯曲剪切强度的策略;3)分析表明所提出的策略合理、可靠,扩展了Rammer公式的适用范围。研究成果可为工程应用提供理论依据。     

基于换算长细比的正交胶合木稳定系数计算方法

正交胶合木(CLT)纵横向层板交叉组坯,纵向层板强度和模量较高,横向层板强度和模量较低,其截面呈强弱相间的条带状结构.当轴心受压构件失稳时,截面剪切变形对CLT稳定承载力的影响不可忽略,故不能采用一般木产品的稳定承载力计算方法.目前我国相关标准中尚无CLT轴心受压构件稳定承载力计算方法.鉴于此,从CLT产品的截面构成特...     

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。     

Effect of lamellas annual-ring orientation on cracking of glulam beams investigated with computer tomography and image processing

Abstract

Cracks in glulam beams can reduce their strength, depending on the crack's depth, length, and location and can also be a passage for the accumulation of water and dirt. To avoid cracks, the relationship between cracks (area of cracks, mm²) and annual-ring orientation in glulam beams of spruce (Picea abies), and pine (Pinus sylvestris) with different dimensions and surface treatments was investigated using RGB images of the surface and tomography images of the cross-sections. Image processing was used to measure characteristics visible in the photos such as crack area and lamella position in the beam. Combination of lamellas in lay up was measured from computer tomography images. Four types of combinations were defined; type 1 (pith side facing outward), types 2 and 3 (pith to the same side), and type 4 (pith sides meet pith side). It was found that the area close to the glue line in the lamellas in combination type 4 is the most subject to cracking, whereas combinations of type 1 show the highest resistance to cracking. This means that type 4 should not be used in glulam beams, because the lamellas shrink apart from each other causing stresses and resulting cracks.     

基于有限元热分析的长白落叶松人工林采伐迹地地表温度的研究

长白落叶松人工林采伐迹地具有与其他林地不同的独特性质,因此其地表温度变化也呈现特定的规律。本文应用有限元热分析的方法,利用线性单元建立热传导分析模型,对长白落叶松人工林采伐迹地地表的温度场进行分析。将分析结果与实测结果进行比较,验证了分析模型的可行性。表明基于有限元热分析的人工落叶松林采伐迹地地表温度模拟具有一定的实际意义,可以为长白落叶松人工林采伐迹地的更新改造、林木管理以及森林防火提供一定的理论依据。