新型自攻螺钉加固措施对胶合木梁受弯性能的影响

以云杉-松木-冷杉胶合木板材(SPF板材)为试验梁原材料,采用一种新型自攻螺钉加固胶合木梁的新方法(从梁底部旋入新型自攻螺钉以实现对普通胶合木梁的加固)制作了24根2850 mm(长)×50 mm(宽)×150 mm(高)的胶合木梁,进行三分点受弯试验,分析新型自攻螺钉不同的锚入深度、旋入角度和螺钉间距对胶合木梁受弯性能的影响。结果表明:新型自攻螺钉加固,可有效提高胶合木梁的极限承载能力,提高幅度在11.40%~71.40%不等,同时也可提高胶合木梁的刚度并减小跨中挠度变形,能够实现抑制和减缓胶合木梁脆性破坏。试验梁的承载能力与新型自攻螺钉锚入深度呈正相关,刚度随新型自攻螺钉锚入深度的增加呈现先增加后减小的趋势;新型自攻螺钉的螺钉间距对试验梁的极限承载能力影响不大,但对刚度有较大的影响,在螺钉间距大于1倍的梁高时,刚度与螺钉间距呈负相关;45°旋钉加固梁的极限承载能力优于垂直旋钉加固梁,同时其刚度更好,可更好地抑制和减缓试验梁的脆性破坏。推荐加固方式:梁底45°旋钉,垂直锚入深度为2/3倍的梁高,螺钉间距为1倍梁高。     

改性亚麻纤维增强胶合木梁受弯性能试验

将天然亚麻纤维经纳米TiO2接枝制得改性亚麻纤维复合材料(FFRP),以云杉-松树-冷杉木板(SPF木板)为原材料制作24根尺寸为2 850 mm×50 mm×150 mm的胶合木梁试件,采用改性亚麻纤维复合材料通过顺向粘贴在梁底部、横向粘贴在梁侧面和底部(U型箍)的方式对胶合木梁进行增强。对8组试件进行三分点加载受弯试验,分析梁底部改性亚麻纤维复合材料粘贴方式(粘贴长度、粘贴层数、U型箍)对胶合木梁破坏形态、极限承载力、跨中挠度、截面应变的影响及粘贴FFRP对胶合木梁受弯性能的增强效果。结果表明:在不发生剥离破坏的前提下,底部粘贴长度对胶合木梁的抗弯性能影响不大。对于无箍胶合木梁,底部粘贴FFRP能够提高胶合木梁的抗弯承载力与刚度,但底部粘贴的层数不宜过多,粘贴层数过多反而会导致提高幅度有所下降;对于有箍胶合木梁,其抗弯承载力与抗弯刚度,均随着底部粘贴FFRP层数的增加而增大。当底部粘贴3层FFRP时,有箍和无箍胶合木梁的抗弯承载力与抗弯刚度相差不大,但有箍梁的延性得到明显提高;当底部粘贴6层FFRP时,有箍梁的抗弯承载力和抗弯刚度比无箍梁均有明显提高。U型箍可以改变胶合木梁的破坏形态,无箍胶合木梁的破坏形态同普通梁一样,为脆性破坏;而有箍梁的破坏形态为延性破坏,U型箍能够避免木材层板间开裂与横向撕裂,增强FFRP与梁底部木材的协调性能,提高胶合木梁的抗弯性能。     

预应力配筋胶合木梁受弯性能试验

为改善普通胶合木梁受弯时挠度过大以及木材抗压强度和钢筋抗拉强度的利用不充分等缺点,提出一种新型预应力配筋胶合木梁构件。通过3组预应力配筋胶合木梁、1组普通配筋胶合木梁、1组普通胶合木梁的受弯试验,分析了普通胶合木梁、配筋胶合木梁、不同预应力水平的预应力配筋胶合木梁的受弯性能。结果表明:预应力配筋胶合木梁与普通胶合木梁相比,受弯极限承载力提高31.3%~64.4%、抗弯刚度约提高33.33%。配筋数量相同时,随着预加力的增大,构件的极限承载力提高,而抗弯刚度基本不变。配筋适量、预加力适度时,预应力配筋胶合木梁可以更好的利用木材抗压强度和钢筋抗拉强度,有效的减小梁的挠度变形,破坏时表现出较为明显的塑性破坏特征。     

张弦及加载方式对预应力胶合木梁受弯性能的影响

采用一点张弦一点加载、一点张弦两点加载、两点张弦一点加载、两点张弦两点加载等4种不同的张弦加载方式,对4组12根预应力胶合木梁进行受弯试验,分析4种不同张弦和加载方式对预应力胶合木梁受弯性能的影响。结果表明:在预加力数值一定的前提下,加载点相同时,改变张弦方式对胶合木梁的极限承载力影响不大;张弦点相同时,两点加载比一点加载胶合木梁的极限承载力提高28.8%~38.9%;只有两点张弦两点加载时,梁顶受压区出现褶皱、梁底发生延性受拉破坏,其余破坏形态均为梁底脆性受拉破坏;加载过程中,两点加载较一点加载梁刚度略有提高、可使木材的抗压强度发挥更为充分,提高木材与钢丝的利用率。     

玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能的影响

在普通胶合木梁上粘贴玄武岩纤维复合材料,经抗弯试验,检测不同层数玄武岩纤维布和玄武岩纤维板对胶合木梁的增强效果。结果表明:玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能有很好的增强效果;与未增强的胶合木梁相比,受弯极限承载力提高幅度为20.88%~111.25%,抗弯刚度提高幅度为18.7%~27.6%,延性系数提高幅度为23.0%~74.3%。对于玄武岩纤维复合材料配量适中的增强胶合木梁,在受拉区层板破坏的同时,受压区层板出现压屈褶皱,木材抗压强度得到比较充分的发挥,破坏时表现出明显的塑性破坏特征。玄武岩纤维复合材料的存在,能有效降低木材缺陷对胶合木梁受弯性能的不良影响。     

蠕变对重组竹板增强胶合木梁长期受弯性能的影响

以云杉-松-冷杉(SPF)和重组竹为材料,制作18根试验梁(2850mm×150mm×50mm),普通胶合木梁和置换率为1/6、2/6的重组竹板增强胶合木梁各6根;采用三分点对称逐级加载方式进行加载试验;测试不同置换率时胶合木梁跨中净挠度、不同加载比例时胶合木梁跨中净挠度、试验梁破坏形态、试验梁极限荷载、试验梁荷载-挠度关系曲线,分析置换率和加载比例对重组竹板增强胶合木梁长期受弯性能的影响.结果表明:置换率一定时,随着加载比例的增大,梁初始挠度及蠕变变形值均增大,且在高加载比例时,蠕变变形增长速度显著提高;加载比例一定时,置换率为2/6的重组竹板增强胶合木梁的初始挠度、蠕变变形值及蠕变变形增长速度,均小于置换率为1/6的重组竹板增强胶合木梁.对比长期加载试验与短期加载试验的试验结果,长期荷载作用对试验梁破坏形态影响较小,但是会降低胶合木梁的极限承载力、刚度和变形能力;长期荷载作用后,置换率为2/6的重组竹板增强胶合木梁的极限承载力下降7.9％～30.2％,比置换率为1/6的重组竹板增强胶合木梁下降幅度更小,长期受弯性能更好.     

粘贴TiO2接枝改性亚麻纤维对胶合木柱轴压性能的影响

以樟子松锯材为基材制作27根正方形普通胶合木柱(柱横截面尺寸100 mm×100 mm、柱长700 mm,倒角半径为5 mm),其中3根为对照柱(未粘贴增强材料);采用101号亚麻纤维坯布制作的TiO2接枝改性亚麻纤维布为增强材料,以螺旋间隔、螺旋连续、环向间隔、环向连续粘贴形式粘贴3层和6层制作增强胶合木柱各3根(24根);应用量程100 mm的位移计测量试件在轴压状态下的整体位移,设置应变片测量试件加载过程中的变形量;在2000 kN微机控制电液伺服万能试验机上进行轴压性能试验,测试并计算破坏形态、极限承载力、延性系数及荷载-位移、荷载-应变曲线,分析不同粘贴层数和粘贴形式的TiO2接枝改性亚麻纤维对胶合木柱轴心受压性能的影响.结果表明:采用改性亚麻纤维增强胶合木柱,可提高其极限承载力与刚度.当粘贴层数相同时,连续粘贴形式对胶合木柱的承载力提高幅度,大于间隔粘贴形式;而环向粘贴形式的增强效果,优于螺旋粘贴形式.在粘贴形式相同时,平均极限承载力随着改性亚麻纤维布粘贴层数的增加而提高.增强柱平均延性系数提高幅度介于10.22％～68.17％之间,其中间隔粘贴组的延性系数随层数的增加而减小,而连续粘贴组的延性系数随粘贴层数的增加而增大.     

冷弯薄壁C型钢框架斜节点抗震性能试验研究

目前,冷弯薄壁C型钢框架斜节点的抗震性能研究较少,可靠试验数据不充足。为了研究这种节点的抗震性能,设计了6组梁、柱斜节点,通过低周反复加载试验方法,研究各连接组件板域应变分布、螺栓间距、节点板厚度等对节点受力性能的影响。通过改变构造设计,研究了节点的变形性能、承载能力、延性、刚度退化及滞回性能特性。试验结果表明：①试件初始几何缺陷影响小,试件承受推力的能力小于受拉承载能力,试件承载力退化稳定;②6组试件刚度退化均明显,薄垫板试件在荷载控制阶段刚度退化不明显;③C型钢斜节点等效粘滞阻尼系数he与能耗优于其他轻钢节点;④C型钢斜节点框架结构延性高于一般混凝土结构,延性同其他轻钢结构比较基本持平。     

植筋胶合木杆件拉压性能试验

将钢筋植入樟子松胶合木端部形成植筋胶合木杆件,研究不同钢筋直径、植入深度、胶层厚度等因素对植筋胶合木杆件拉压性能的影响。采用自行设计的14组84个植筋胶合木杆件,通过传统的两端对拉试验及创新的钢螺帽辅助受压试验,分析其荷载-位移关系曲线、极限承载力、破坏形态与破坏机理。结果表明:随钢筋直径增加,受拉试件极限承载力提高了4.1%~17.13%,受压试件极限承载力提高了25.35%~39.10%,钢筋直径对受压杆件极限承载力影响较大;随植入深度增加,受拉试件极限承载力提高了35.69%~70.21%,受压试件极限承载力提高了34.14%~41.12%,植入深度对杆件受拉及受压极限承载力均产生显著影响;胶层厚度对杆件受力性能影响较小,考虑经济性因素,同时方便试件加工制作,合理的胶层厚度选为2~4 mm。     

冷弯薄壁型钢-定向刨花板组合墙体抗侧性能研究

为研究地震作用下冷弯薄壁型钢-定向刨花板组合墙体的抗侧性能,采用单调加载及低周反复加载对8个9mm冷弯薄壁型钢-定向刨花板组合墙体进行试验研究,得到了试件的破坏特征、荷载-位移曲线及承载力等抗侧性能指标。试验结果表明,加载方式对墙体屈服前的刚度影响不明显,低周反复加载与单调加载相比,会降低墙体的承载能力;在低周反复加载下试件单位长度抗剪墙的受剪承载力设计值较单调加载约降低29.6%;施加竖向荷载降低了组合墙体的抗侧性能。     

自攻螺钉与榫卯连接CLT墙体节点力学性能研究

目的正交胶合木（CLT）的出现使木结构建筑突破了以往的层高限制,但现在采用的金属连接件连接方式降低了CLT材料的使用效率,浪费了CLT材料的力学性能优势。因此,连接节点成为CLT研究的关键性问题。对榫卯连接在CLT墙体?墙体处的节点应用进行抗剪性能研究,并与自攻螺钉的连接性能相比较,以探究榫卯连接节点在CLT建筑中的应用提供科学依据。方法分别对自攻螺钉与燕尾榫连接的两类CLT墙体节点H型试件进行单调与低周反复加载试验,得到试件在纯剪作用下的荷载?位移曲线、滞回曲线、骨架曲线等参数,并结合破坏现象比较分析了两类试件的初始刚度、最大承载力、耗能、刚度退化、强度退化等力学特性。结果钉节点一般先于CLT材料破坏,并损坏连接处木材,而燕尾榫节点后于CLT材料发生破坏;在单调加载试验中,燕尾榫节点的延性略低于钉节点,但最大承载力、极限位移、屈服荷载、屈服位移与耗能分别高出钉节点313.50%、35.38%、370.80%、92.76%、459.64%;在低周反复加载试验中,钉节点延性较差,燕尾榫节点延性相对较好,燕尾榫正向加载的最大承载力高出钉节点455.54%,负向加载的最大承载力高出钉节点234.74%,且燕尾榫节点维持刚度和强度的能力,以及耗能能力均优于钉节点。结论与钉节点相比,燕尾榫节点可以更大地发挥CLT材料的优点,以推动CLT建筑的工程应用。      

CLT墙体-楼板T型连接件节点力学性能研究

目的正交胶合木(CLT)较之传统的结构用工程木质材料,因其优异的材料性能使得现代木结构建筑能够向高层建筑发展。然而,现有的结构连接节点并不能完全体现CLT板材本身所具有的优异性能。对T型连接件在CLT墙体-楼板处的节点应用进行抗剪性能研究,并与角钢的连接性能进行比较,以探究T型连接件节点的可行性,为T型连接件在CLT建筑中的应用提供科学依据。方法分别对角钢连接节点试件、不同螺栓直径的T型连接件节点试件进行了单调加载试验。通过特征值分析法,对试验所得的荷载-位移曲线进行分析,对比不同连接节点形式下的峰值荷载、初始刚度、延性系数和耗能情况。结果相比传统的角钢连接节点,T型连接件节点的金属件破坏程度低,木材破坏程度高,且其峰值荷载提高了142.5%,初始刚度提高了125.0%,延性系数下降了33.2%,耗能提高了132.6%。当T型连接件节点的螺栓直径从10 mm增大到12 mm时,其峰值荷载提高了13.2%,初始刚度提高了13.7%,延性系数提高了16.2%,耗能提高了14.8%。结论T型连接件能更好地抵抗墙体-楼板节点的剪切力,并能更好地体现CLT自身的刚度,且T型连接件用于CLT建筑中墙板-楼板节点的力学性能总体好于角钢。对于T型连接件节点,适当增大螺栓的直径可提高其连接强度,但提高程度有限。      

用间歇冷—热—冷法压制竹木复合结构长材

研究用间歇冷—热—冷法压出竹木复合结构连续长材的加工方法与机理.试验设计竹集成层为表板与木单板层积层为次中板、竹丝集成层为中间芯板的5层均衡组坯复合结构;设计装配一条间歇冷—热—冷热压长材机组;试验采用正交试验法,使用UF胶与冷却温度15-25℃,压制17 mm板厚时的较佳工艺为热压温度120℃、单位压力2.4 MPa、热压时间16 m in(使用喷蒸装置可缩短至11 m in)、双面施胶量240 g.m2,物理力学性能达到较优指标.机理实验,测温与数学模型计算较吻合,复合结构胶合强度好,设计方案取得较好效果.     

GFRP加固木结构规格材抗弯力学性能及可靠性研究

将有限元分析和无损检测方法用于木结构规格材的可靠度研究,分析不同贴面工艺参数对玻璃纤维增强规格材抗弯力学性能和可靠度的影响,可以为木结构强度分级、可靠性计算及优化设计提供科学的方法。采用正交试验设计方法,分析贴面厚度、施胶量和贴面尺寸对玻璃纤维布增强落叶松规格材力学性能和可靠度的影响。研究表明:1）各工艺参数对玻璃纤维布增强落叶松规格材MOE的影响顺序为:纤维布贴面厚度<施胶量<贴面尺寸,当玻璃纤维布贴面尺寸不到规格材试件长度的1/4时,MOE的下降幅度较大。2）在可靠度满足96%以上的条件下,最佳贴面参数为贴面厚度3 mm,施胶量125 g/m²,贴面尺寸为1/2。3）通过可靠性分析结果表明素材在425 N载荷下挠度<0.003 L的概率是9%,而贴玻璃纤维布后可靠度平均达到53.8%;<0.005 L的概率是71.6%,而贴玻璃纤维布后可靠度达到97.3%,粘贴玻璃纤维布可以显著增加木结构规格材的可靠度。     

日本落叶松正交胶合木抗弯性能研究

【目的】探究日本落叶松正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)抗弯性能的影响因素,为CLT在木结构建筑中的应用提供基础数据。【方法】以产自辽宁清原的日本落叶松锯材为供试材料,依据层板弹性模量(8～12GPa(低)、≥12～≤16GPa(中)、16GPa(高))、层数(3层和5层)、层板厚度(15和25mm)、组坯方向(正交和斜45°)的不同共设置6种组坯方式,基于美国标准ANSI/APA PRG320-2012测试6组CLT的抗弯弹性模量和抗弯强度,以考察CLT抗弯性能的影响因素;根据机械连接理论、复合层板理论、剪力类比理论和简单设计法推算CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩,通过实测值验证理论预测值的精确性,筛选适宜的预测方法。【结果】层板模量和层数对日本落叶松CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响显著,但锯材厚度和组坯方向对CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响不显著;采用剪力类比理论、简单设计法分别计算的等效抗弯刚度值和抗弯弯矩值更加接近实测值,相对误差分别在5.0%和6.5%内。【结论】采用日本落叶松锯材制备的CLT具有较好的抗弯性能,利用理论模型能够很好地预测CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩。     

日本落叶松正交胶合木抗弯性能的研究

【目的】探究日本落叶松正交胶合木（cross-laminated timber,CLT）抗弯性能的影响因素,为CLT在木结构建筑中的应用提供基础数据。【方法】以产自辽宁清原的日本落叶松锯材为供试材料,依据层板弹性模量（＞8~＜12 GPa（低）、≥12~≤16 GPa（中）、＞16 GPa（高））、层数（3层和5层）、层板厚度（15和25 mm）、组坯方向（正交和斜45°）的不同共设置6种组坯方式,基于美国标准ANSI/APA PRG320-2012测试6组CLT的抗弯弹性模量和抗弯强度,以考察CLT抗弯性能的影响因素;根据机械连接理论、复合层板理论、剪力类比理论和简单设计法推算CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩,通过实测值验证理论预测值的精确性,筛选适宜的预测方法。【结果】层板模量和层数对日本落叶松CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响显著,但锯材厚度和组坯方向对CLT的抗弯弹性模量、抗弯强度影响不显著;采用剪力类比理论、简单设计法分别计算的等效抗弯刚度值和抗弯弯矩值更加接近实测值,相对误差分别在5.0%和6.5%内。【结论】采用日本落叶松锯材制备的CLT具有较好的抗弯性能,利用理论模型能够很好地预测CLT的等效抗弯刚度和抗弯弯矩。     

林木联合采育机进料辊填充蜂窝结构的力学特性

针对林木联合采育机作业过程中,进料辊定位原木、带动原木在机头内加速启动或减速停止时,由于进料辊与原木接触面积较小而造成的钉齿对原木损伤严重的问题,提出一种双V附翼型负泊松比(NPR)蜂窝结构以改变进料辊的刚度,增大进料辊与原木有效接触面积,从而减小对原木的损伤。通过分析双V附翼型NPR蜂窝结构特点,基于位移法建立其X和Y方向面内弹性常数的理论模型,并构建不同结构参数的实体模型,制备该结构胞元试验构件。通过有限元仿真研究了蜂窝胞元厚度(t)、胞元上夹角(θ_2)、胞元下夹角(θ_1)与胞元半宽(l)4组参数对该结构面内弹性常数的影响。结果表明:其Y方向等效弹性模量(E_y)随t的增大而增大,随θ_1、l的增大而减小,θ_2对其影响较小;X方向等效弹性模量(E_x)随t、θ_1和θ_2的增大而增大,随l的增大而减小,而泊松比值ν_(xy)和ν_(yx)只受θ_1和θ_2的影响,但同一参数对ν_(xy)和ν_(yx)的影响趋势相反。模拟LAKO 43HD采育机作业机头工作时所受的垂直压力,在t为4、5 mm、θ_1为30°、35°、θ_2为70°、75°、l为29、31 mm时,采用双V附翼型负泊松比蜂窝结构的进料辊的压缩量达到了原进料辊的10%～30%,可以有效减小进料辊对原木的损伤。理论模型可以近似表征该结构的面内力学性能,对进料辊采用双V附翼型NPR蜂窝结构时选取各项参数值具有一定的指导意义。