兴安落叶松规格材齿板连接节点的拉伸性能

采用国产落叶松规格材及进口齿板连接件构造节点,依据国标对齿板接合节点的延性比、齿极限承载力、齿板极限受拉承载力及设计值进行评估。结果表明,采用Foschi公式对试验曲线进行拟合,结果良好;齿板节点的延性比随节点构造方式的不同而异,顺纹节点的延性比均大于2.0,明显高于横纹节点,符合抗震结构的要求。     

日本落叶松规格材齿板节点承载性能

【目的】研究国产规格材与国产齿板连接节点的拉伸及抗剪承载性能,为国产建筑材料的开发利用提供参考。【方法】以采自辽宁清原大孤家林场的日本落叶松规格材及市购国产齿板为试验材料,设计制作4种工况下的板齿极限强度试件及10种工况下的齿板抗剪强度试件,通过拉伸和剪切试验,研究不同工况下日本落叶松齿板连接节点的板齿极限强度和齿板抗剪强度,并与进口齿板和进口SPF规格材进行对比。【结果】日本落叶松与国产齿板连接节点的板齿极限强度在AA、AE、EA和EE 4种工况下分别为3.50、2.53、2.61和2.37 N·mm-2,通过比较日本落叶松与国产齿板、进口齿板2组结果,除EA工况下进口M20齿板强度略低外,在AA、AE和EE 3种工况下分别高于国产齿板10.57%、21.34%和9.28%,对比进口M20齿板与日本落叶松、进口SPF 2组结果,在AA、AE、EA和EE 4种工况下与日本落叶松的组合分别高于与进口SPF的组合36.27%、50.49%、30.00%及40.00%;齿板抗剪强度在θ=0°、θ=90°、θ=30°T、θ=60°T、θ=120°T、θ=150°T、θ=30°C、θ=60°C、θ=120°C和θ=150°C 10种工况下分别为132.39、122.73、135.66、199.13、92.26、172.76、99.81、89.52、79.10和85.68N·mm-1,除剪-拉复合受力情况下θ=120°时国产齿板和日本落叶松组合的齿板受剪极限强度较小外,其他工况均大于进口齿板与进口SPF的节点组合。【结论】板齿极限强度试验在4种工况下的破坏方式均为齿拔出破坏,齿板抗剪强度试验主要破坏方式为木材接缝处开裂、齿板端部齿拔出和齿板在木材接缝处翘曲等;荷载方向对齿板连接节点承载力影响较大;国产齿板和国产日本落叶松的齿板连接性能较好,且优于常见进口齿板和进口SPF的节点组合,可进一步研究国产齿板和国产日本落叶松制成轻型木桁架的承载性能,为完善我国木结构建筑体系提供科学依据。     

国产木桁架齿板连接件的研发

测试进口齿板与国产落叶松连接节点的拉伸性能,结果表明国产落叶松规格材完全可以替代美国南方松来制作齿板连接木桁架。提出3种国产齿板设计方案,使用国产镀锌钢板制作了国产齿板,并对国产齿板连接节点进行测试,指出国产齿板达到了批量生产的要求,改进方案可以提高齿板连接的性能,但国产齿板需要在加工工艺上进行调整,才能用于实际木桁架生产。     

两种落叶松规格材齿板节点拉伸性能研究

为探究国产规格材在齿板连接性能方面存在的优劣势,完善国产结构材体系。笔者对两种国产规格材齿板连接节点的板齿极限承载力、临界刚度、破坏形式进行了研究。结果表明:不同种类木材顺纹抗拉强度差异性显著,两种国产落叶松齿板节点板齿极限承载力、临界滑移刚度、峰值区域面积均高于北美云杉。     

两种落叶松规格材齿板节点拉伸性能研究北大核心

为探究国产规格材在齿板连接性能方面存在的优劣势,完善国产结构材体系。笔者对两种国产规格材齿板连接节点的板齿极限承载力、临界刚度、破坏形式进行了研究。结果表明:不同种类木材顺纹抗拉强度差异性显著,两种国产落叶松齿板节点板齿极限承载力、临界滑移刚度、峰值区域面积均高于北美云杉。     

木节对齿板连接板齿承载力的影响

选用北美二级带节SPF规格材和国产齿板,在荷载平行于木纹及齿板主轴(一字型试件)和垂直于木纹但平行于齿板主轴(丁字型试件)两种条件下,测试齿板连接受拉时板齿的承载力,分析木材活节和死节对板齿承载力的影响.研究表明,活节对板齿承载力有提高作用;在无效齿数量比例大于11％时,死节会降低一字型试件的板齿承载力;而无效齿比例超过15％时,死节丁字型试件的板齿承载力亦降低.     

三种国产齿板的节点拉伸性能分析

为完善国内轻型木结构体系,开发推广国产齿板的应用,对三种国产齿板连接节点的极限承载力、单齿承载力、临界滑移刚度、破坏形式以及拉伸过程应变进行了研究。结果表明:国产齿板的延性优于进口齿板,且国产齿刻痕齿板的单齿承载力高于进口齿板;板齿刻痕及边缘齿加长,可提高齿板节点的连接性能。     

压制工艺对齿板节点受力性能影响

为了研究压制工艺对齿板节点受力性能的影响,选取荷载平行于木纹以及齿板主轴方向的AA构型齿板节点为研究对象,采用不同的压制速度和压缩率,制作了9组共45个试件。通过节点抗拉试验,得到了齿板节点的破坏特征及不同压制工艺下的板齿极限承载力。结果表明,压制速度对齿板节点的受力性能影响不显著,压缩率对齿板节点受力性能影响显著,为了提高齿板节点的受力性能,宜采用较小的压缩率压制齿板节点。笔者研究结果对于轻型木桁架的生产具有指导意义,且有助于轻型木桁架及轻型木结构的国产化。     

紧固件数量对CLT钢木连接节点性能的影响

为探究紧固件数量对CLT节点力学性能的影响,分别对紧固件数量为6、9、12、15、18个的CLT钢木连接节点在平行于木纹方向和垂直于木纹方向进行剪力单调加载试验。结果表明:连接节点的破坏形式主要为环纹钉的弯剪破坏和弯曲变形;紧固件数量多于15个且垂直于木纹方向的连接节点在承受剪力荷载时还伴随层板的撕裂破坏。随着紧固件数量的增加,钢木节点的屈服强度、最大强度、极限强度及其对应的位移增大,节点延性比增大,耗能能力增强;在相同紧固件数量下平行于木纹方向节点的耗能能力优于垂直木纹方向节点的耗能能力。     

三种规格材圆钢钉拔出握钉力性能研究

借鉴国家标准GB/T 14018—2009"木材握钉力试验方法",通过对横截面为38 mm×50 mm的国产日本落叶松、兴安落叶松和进口云杉三种规格材拔出握钉力性能进行试验,分析木材切面、圆钢钉直径及规格材种类对拔出握钉力性能的影响。研究结果表明:日本落叶松规格材三切面的拔出握钉力大小依次为弦切面径切面端面,且端面拔出握钉力的变异系数明显大于径切面和弦切面;日本落叶松规格材各切面的拔出握钉力及其变异系数均随钉直径的增加而增加;三种规格材试样的拔出握钉力性能为:日本落叶松兴安落叶松云杉,且兴安落叶松规格材握钉力的变异系数较大而云杉规格材较小;木材切面、钉直径和规格材种类对木材圆钢钉拔出握钉力均具有极显著影响,该研究中的木材拔出握钉力三个影响因子的效应大小为:钉直径木材切面规格材种类。     

兴安落叶松林天然更新苗生长观察一例

利用兴安落叶松幼苗解析木资料,对原始兴安落叶松在林冠下、采伐道、次生裸地进行苗木生长分析。调查后表明,采伐道上天然更新落叶松苗生长发育最好,次生裸地次之,林冠下最差。     

轻型木桁架齿板的承载性能分析

对轻型木桁架用连接件--齿板进行设计,并测试了齿板的极限受拉承栽力和受剪极限承载力,分析和探讨影响齿板连接性能的因素.试验证明:荷载与木纹夹角、荷载与板轴夹角均对板齿承载力有影响,荷载与板轴夹角对齿板的抗剪极限承载力有很大的影响.     

落叶松规格材抗弯性能特征值研究

以国产兴安落叶松规格材为例,根据美国标准ASTM D4761-96对规格材进行抗弯弹性模量和抗弯强度测试,并参照ASTM D1990-97,利用非参数法和参数法估计,初步得出兴安落叶松规格材抗弯弹性模量和抗弯强度特征值.为完善我国结构用规格材强度测试方法与强度特征值确定方法标准提供参考.     

旧面板对轻型木结构钉节点力学性能的影响

旨在通过新、旧定向刨花板(OSB)面板钉节点的对比研究,探究面板自然劣化对钉节点连接性能的影响,为今后的木结构设计和用材作参考。选取云杉-松木-冷杉规格材(SPF)、不同厚度的新旧OSB和国产麻花钉,将麻花钉垂直钉入OSB和SPF之间,依据荷载垂直于木材纹理和平行于木材纹理两种方向,共制作72个钉节点连接试件。试验参考ASTM D1761-12,对试件进行单调加载,研究不同厚度自然劣化后的旧OSB面板在横纹和顺纹连接情况下对轻型木结构钉节点力学性能的影响。结果表明:新旧OSB连接对比,除延性系数外,旧OSB面板与SPF连接的钉节点试件的荷载、刚度、耗能能力等都呈下降趋势;厚度不同的OSB连接对比,12. 0mm厚度的OSB面板连接的钉节点的荷载、刚度、延性系数、耗能能力都大于9.5 mm的OSB面板连接的试件,且12.0 mm旧板连接的力学性能下降幅度小于9.5 mm;在荷载、初始刚度、延性方面,旧板横纹连接小于顺纹连接的下降幅度;在耗能上,旧板横纹连接与顺纹连接区别不明显。试验中多发生钉子一铰弯曲和OSB、SPF破坏的试验现象,符合欧洲木结构设计规范中的破坏模式,因此可用欧洲规范计算本研究中钉连接节点最大荷载。     

国产结构用规格材的抗拉强度设计值

【目的】提出国产结构用规格材抗拉强度设计值确定方法,以指导国产结构用规格材在木结构中的安全设计和合理应用,为今后相关规范的制修订提供参考。【方法】以国产兴安落叶松规格材为例,总结不同材质等级(Ⅰc、Ⅱc、Ⅲc和Ⅳc)规格材的足尺抗拉试验数据;采用最小二乘法确定不同拟合数据点下规格材抗拉强度的概率分布参数值,并基于非参数法确定规格材的抗拉强度标准值;结合可靠度理论分析方法,分析规格材在不同拟合数据点、概率分布、荷载组合类型和荷载比值下可靠度指标与抗力分项系数之间的相互关系。【结果】不同材质等级规格材的抗拉强度存在显著差异,其平均值表现为ⅠcⅢcⅣcⅡc,变异系数则表现为ⅡcⅠcⅢcⅣc;通过拟合结果比较,随着拟合数据点减少,正态分布(Normal)、两参数威布尔分布(2-P-Weibull)和对数正态分布(Lognormal)拟合的尾部概率分布开始趋于一致,且与实测尾部概率分布基本相同;通过可靠度分析结果比较,规格材抗拉强度采用Lognormal分布得到的可靠度指标最大,采用Normal分布得到的可靠度指标最小;随着拟合数据点减少,3种概率分布(Normal、Lognormal和2-P-Weibull)得到的可靠度指标开始趋于一致;在抗力分项系数相同的情况下,对于恒荷载+住宅楼面活荷载(D+R)、恒荷载+办公室楼面活荷载(D+O)组合类型,其可靠度指标随荷载比值增大呈递增趋势,但对于恒荷载+雪活荷载(D+S)、恒荷载+风活荷载(D+W)组合类型,其可靠度指标随荷载比值的增大基本不变化;结合我国目标可靠度要求,D+W或D+S荷载组合类型下的抗力分项系数最大,D+O荷载组合类型下的抗力分项系数最小。【结论】在确定国产结构用规格材的抗拉强度设计值时,建议其抗拉强度的概率分布选用对数正态分布模型且采用后25%的数据拟合点来确定模型参数值,荷载组合类型应选择恒荷载+住宅楼面活荷载且荷载比值为1.0。不同材质等级(Ⅰc、Ⅱc、Ⅲc和Ⅳc)国产兴安落叶松规格材抗拉强度设计值分别为9.0、6.8、5.6和2.9 MPa。     

兴安落叶松晚材率与气候因子的响应关系研究

以大兴安岭根河地区4株天然兴安落叶松解析木作为研究对象,采用相关分析法分析兴安落叶松晚材率与气候因子的相关性,以揭示兴安落叶松径向生长晚材率对主要气候因子变化的响应。结果表明:(1)兴安落叶松晚材率无论是对生长前期的温度变化还是对生长季的温度变化都呈现出极显著的相关性,尤其是与年平均温度的相关性表现的最为显著,4个样本的相关性分别表现为1号0.594、2号0.655、3号0.695、4号0.665,显著性均达到0.01水平。(2)在大兴安岭兴安落叶松晚材率与降水的相关性分析时发现,兴安落叶松的晚材率只与生长前期的冬季降水存在相关性。分别为1号0.472、2号0.328、3号0.377、4号0.322,其中1号样本与降水的相关性在0.01水平上呈极显著正相关,2、3、4样本与降水的相关性在0.05水平上呈显著正相关。     

木节对齿板连接剪切延性统计特性的影响

通过对比试验研究木节对90°纯剪、30°剪拉和150°剪压3类双剪试件齿板连接延性比的影响。试件选用北美二级SPF规格材及国产齿板制作,并设置有木节试件与无木节试件进行对比,有木节试件规格材连接区域含木节面积为482~2 016 mm~2。以有木节试件与对应的无木节试件延性比的比值为指标,通过正态性检验、方差齐性检验和方差分析研究木节对3类试件延性比比值的影响,并进一步分析延性比比值与木节面积的关系。结果表明:1)3类试件延性比比值的方差和均值无统计学上的显著差异;2)在试验选取的木节面积482~2 016 mm~2内,延性比比值的均值为0.993 4,变异系数为0.133 5,木节对延性比均值总体上影响很小,但延性比比值的离散性较大;3)在实际工程中,可以容许规格材连接区域内有一定面积或一定尺寸的木节存在。对于3类剪切试件,当规格材连接区域内木节面积小于2 016 mm~2(折算直径51 mm)时,可以忽略木节对延性比均值的影响。     

原木等级及径级对规格材质量及出材率的影响

选用不同径级和质量等级的兴安落叶松原木,采用毛板下锯法和四面下锯法加工规格材,并检测分析了不同等级规格材的出材率。结果表明,原木径级在26～28cm时,规格材出材率较高;原木的等级与径级,及下锯法与原木径级交互因素,对规格材的出材率有显著的影响。要提高规格材出材率,应根据规格材尺寸优化匹配各因素。     

国产落叶松平行弦轻型木桁架静力承载性能

【目的】研究国产落叶松轻型木桁架的静力承载性能,为轻型木结构建筑的本土化发展提供科学依据。【方法】以国产日本落叶松和国产齿板为试验材料,设计制作2种工况共6榀跨度为4.8 m的平行弦轻型木桁架。通过静力承载试验,研究轻型木桁架的极限荷载、受力分布和破坏形式,并通过建立有限元模型与试验结果进行对比分析。【结果】P和L型轻型木桁架的极限荷载平均值分别为22.45和22.94 k N,是设计荷载的2.27和2.32倍,变异系数分别为7.9%和7.1%。P型轻型木桁架最终破坏为脆性破坏,主要破坏点为桁架三分点处(即集中荷载施加处)和两端斜腹杆连接节点;L型轻型木桁架在2倍设计荷载之后逐渐出现平面外变形,当侧向变形较大时失去承载能力。通过SAP 2000有限元模拟发现,节点挠度与试验结果基本相符,挠度最大值为跨中位置,并向两端逐渐减小;弯矩最大值和轴力最大值在桁架弦杆的三分点处和两端斜腹杆节点,与试验结果相符。【结论】2种轻型木桁架在设计荷载下承载性能均较好,但由于木材非均质特性及加工差异表现出一定的离散程度;较P型轻型木桁架而言,L型轻型木桁架承载能力略高,但其面外刚度较小易发生侧向变形,在实际应用中应采取措施减小侧向变形,而P型轻型木桁架面外刚度较大相对稳定,更利于实际应用;分析认为平行弦轻型木桁架的薄弱环节在端部节点和集中荷载施加处,SAP 2000有限元模拟可以有效预测轻型木桁架在实际应用中的受力和变形情况。     

大兴安岭林区兴安落叶松的木材缺陷及其分布

于1989年初对大兴安岭林区的西林吉、绰尔等十八个贮木场接纳的原条进行了随机抽样,测试结果表明,生长在大兴安岭的兴安落叶松和樟子松,材质较好,经济材出材率较高,其次是白桦,并统计出兴安落叶松的形状、干基和节子等木材缺陷及其分布规律,从而为确定大兴安岭林区兴安落叶松原条量材设计的最佳方案提供了第一手材料。