落葉松膠合木梁力學(xué)性能研究.pdf

1、膠合木是一種融入了現(xiàn)代加工技術(shù)且強(qiáng)質(zhì)比高、環(huán)保美觀的工程復(fù)合木，也是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑材料，現(xiàn)已因其優(yōu)越的性能而被廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。隨著人們生活水平提高、環(huán)境日益惡化，我國正實(shí)施“低碳環(huán)保、節(jié)能減排”的政策，大力提倡發(fā)展綠色建材，化解過剩產(chǎn)能，促進(jìn)木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，而膠合木的制造及應(yīng)用將有助于解決目前的現(xiàn)狀。然而，我國對膠合木的研究及應(yīng)用起步較晚，落葉松膠合木構(gòu)件的力學(xué)性能仍是一片盲區(qū)，相關(guān)的制造及設(shè)計(jì)規(guī)范仍不完善。為了推廣落

2、葉松膠合木在我國的應(yīng)用，本文首先研究了膠合木制造工藝及彈性模量評估方法，對落葉松膠合木梁開展了受彎性能、疲勞性能、剪切性能及蠕變性能研究，主要的研究工作和成果包括以下幾方面。
　　1、針對國內(nèi)落葉松膠合木構(gòu)件制造及應(yīng)用現(xiàn)狀，從落葉松層板的選擇、指接工藝、組坯工藝及膠合工藝4個方面探討了膠合木制造的關(guān)鍵技術(shù)，確定了各環(huán)節(jié)的制造工藝參數(shù)，并介紹了膠合木的質(zhì)量控制及檢驗(yàn)要點(diǎn)，為膠合木的工業(yè)化生產(chǎn)提供了依據(jù)。開展了落葉松清材小試件的受壓、

3、受彎、剪切、受拉試驗(yàn)，分別分析了其破壞形態(tài)，得到了落葉松清材的順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、順紋剪切強(qiáng)度、順紋抗拉強(qiáng)度
　　2、為了確保膠合木的加工質(zhì)量，采用超聲波法、應(yīng)力波法、橫向振動法3種無損檢測方法測試了膠合木梁的動彈性模量，并與靜彈性模量進(jìn)行對比分析，試驗(yàn)結(jié)果表明:3種無損檢測方法測試的動彈性模量均大于其靜彈性模量，其大小順序依次為:Eu＞Esw＞Et＞Est。通過對靜、動彈性模量的線性回歸分析可知，兩者之間具有較為顯著的線性相

4、關(guān)性。橫向振動法所測結(jié)果呈現(xiàn)的相關(guān)性最高，誤差最小，是最準(zhǔn)確且最好的一種方法，可以用來預(yù)測評價膠合木梁的彈性模量。
　　3、對四組不同尺寸的膠合木梁開展了抗彎性能試驗(yàn)，探討了膠合木梁的破壞形態(tài)及破壞機(jī)理，對膠合木梁的受力全過程進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究了落葉松膠合木梁的抗彎強(qiáng)度尺寸效應(yīng)、延性、撓度及抗彎承載力。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著尺寸的增大，膠合木梁的抗彎強(qiáng)度逐漸降低，具有明顯的尺寸效應(yīng)?；赪eibull脆性斷裂理論，建立了兩參數(shù)的We

5、ibull模型，利用斜率法得到了落葉松膠合木梁長度與高度的組合尺寸效應(yīng)系數(shù)為0.275;提出了一個基于應(yīng)變的延性系數(shù)計(jì)算方法，并在此基礎(chǔ)上得到了改進(jìn)的撓度計(jì)算公式;結(jié)合膠合木柱的抗壓試驗(yàn)，提出了一個彈塑性的拉壓本構(gòu)關(guān)系模型，并基于該模型，利用極限應(yīng)變法推導(dǎo)出了落葉松膠合木梁抗彎承載力計(jì)算方法，該方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　4、通過落葉松膠合木梁的等幅抗彎疲勞試驗(yàn)及靜力對比試驗(yàn)，分析了落葉松膠合木梁疲勞破壞形態(tài)與破壞機(jī)理，

6、研究了其剛度退化規(guī)律及疲勞特性。研究結(jié)果表明:落葉松膠合木梁的受壓側(cè)逐步損傷導(dǎo)致承載力降低而最終發(fā)生受拉破壞或順紋剪切破壞;落葉松膠合木梁的抗彎剛度隨疲勞循環(huán)次數(shù)基本呈線性退化，應(yīng)力水平越高，其剛度退化速率越快，并得到了落葉松膠合木梁的剛度退化方程。隨著應(yīng)力水平的增大，落葉松膠合木梁的疲勞壽命逐漸降低;在應(yīng)力比為0.2，應(yīng)力水平為0.55倍極限抗彎強(qiáng)度時，疲勞循環(huán)次數(shù)超過200萬次，滿足構(gòu)件有限壽命疲勞設(shè)計(jì)的要求，說明膠合木梁具有較好的

7、疲勞特性;對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，初步得出了落葉松膠合木梁的S-N曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　　5、基于疲勞模量分別采用線性損傷、非線性損傷及熱力學(xué)損傷理論得到了相應(yīng)的損傷演化方程，擬合方程曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好;基于宏觀唯象學(xué)的損傷理論，并結(jié)合疲勞損傷演化方程，推導(dǎo)出了膠合木梁剩余疲勞壽命和剩余彎曲強(qiáng)度的表達(dá)式，由此可以求得給定疲勞應(yīng)力水平、損傷變量值下的剩余疲勞壽命和剩余彎曲強(qiáng)度，為膠合木梁的安全性能評估提供參考;運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論建立

8、了單變量的GM(1，1)疲勞壽命預(yù)測模型，此外，基于剛度退化方程和累積損傷理論推導(dǎo)出了一個疲勞壽命預(yù)測方法，兩者的預(yù)測值與試驗(yàn)結(jié)果均較吻合，可以減少疲勞試驗(yàn)工作量及經(jīng)濟(jì)損耗。
　　6、采用不同的加載方式對不同尺寸的落葉松膠合木梁進(jìn)行了剪切性能試驗(yàn)，分析了膠合木梁的破壞形態(tài)和破壞機(jī)理，研究了加載方式、截面積及剪跨比對膠合木梁剪切強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:落葉松膠合木梁剪切破壞形態(tài)均為順紋錯動破壞，荷載-位移曲線具有明顯的兩階段非線性

9、特征;隨著剪跨比的增大，抗剪強(qiáng)度近似呈線性降低;抗剪強(qiáng)度隨著構(gòu)件截面積的增大而逐漸減小，且是構(gòu)件截面積的冪指數(shù)函數(shù)。通過對比分析得到了落葉松膠合木梁抗剪強(qiáng)度與清材剪切強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式。
　　7、進(jìn)行了3組不同應(yīng)力水平下的膠合木梁蠕變性能試驗(yàn)，分析了膠合木梁的蠕變變形機(jī)理，探討了蠕變經(jīng)歷對膠合木梁靜力性能的影響，研究了蠕變變形規(guī)律。結(jié)果表明:蠕變經(jīng)歷降低了膠合木梁的彈性模量;隨著應(yīng)力水平的增大，瞬時蠕變變形、穩(wěn)態(tài)階段的變形速度及總?cè)?/p>