内嵌BFRP筋增强胶合木梁受弯性能试验研究

摘要

我国正走在生态文明建设的道路上，现代木结构低碳环保得到广泛关注，现代木结构建筑登上建筑舞台，国内也掀起了一股现代木结构研究风潮。现代木结构中胶合木为主要角色，胶合木整体强度高、缺陷分散、易加工成任意尺寸的构件。未增强胶合木梁在受弯时，梁底薄弱位置一旦开裂，裂缝迅速发展，整个构件破坏，胶合木梁受压区木材强度往往得不到充分发挥。为提高胶合木梁刚度，改善其受弯性能，以东北落叶松为基材，制作了6组18根胶合木试验梁，采用新型环保材料BFRP筋（玄武岩纤维复合筋）来对其进行增强。本文对增强胶合木梁的受弯性能进行了试验研究和有限元模拟，探讨了不同配筋率情况下胶合木梁的破坏形态、刚度和极限承载力。本文主要从以下几个方面进行研究: (1)通过材料性能试验得到胶合木和BFRP筋的材料参数，揭示材料的本关系，为后续理论计算提供有限元分析模型参数取值的依据。 (2)应用有限元软件ABAQUS建立了胶合木梁增强前后的有限元模型，研究了BFRP筋配筋率对胶合木梁承载力的影响，得出各模型跨中点的荷载和挠度，得到了各配筋率下胶合木梁承载能力和刚度的提高程度。 (3)通过对1组未增强胶合木梁，5组不同配筋率的增强胶合木梁进行受弯试验。对试验过程中的试验现象及破坏形态进行了描述，得到了各组试件的极限荷载、跨中挠度、荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线，分析了BFRP筋对落叶松胶合木梁受弯的影响。并将试验结果与有限元分析结果进行对比，分析结果与试验结果吻合良好。研究结果表明:BFRP筋增强胶合木梁呈现受拉脆性破坏、受拉延性破坏和受压延性破坏三种破坏形态。BFRP筋配筋率ρ≤0.77％时，增强胶合木梁为受拉脆性破坏，配筋率范围为0.77％＜ρ＜1.51％时，为受拉延性破坏，配筋率ρ≥1.51％时，为受压延性破坏。BFRP筋能够降低缺陷对胶合木梁受弯的影响，延缓受拉侧木纤维受拉破坏，使梁顶受压区木材强度得以发挥，胶合木梁的抗弯刚度和极限承载力得到提高，其变形性能显著改善。当配筋率达到超筋后，其极限承载力不再继续增加。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 BFRP筋增强胶合木梁概述

1．2．1 BFRP筋材简介

1．2．2 BFRP筋试验研究

1．2．3 BFRP筋工程应用实例

1．2．4 普通胶合木梁受弯存在的问题

1．2．5 BFRP筋增强胶合木梁提出

1．3 增强胶合木梁国内外研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 课题来源

1．5 研究内容

2 试验材料性能研究

2．1 引言

2．2 环氧树脂胶力学性能

2．2．1 环氧树脂胶简介

2．2．2 环氧树脂胶性能

2．3 BFRP筋材性试验

2．3．1 试验要求、材料及设备

2．3．2 试验准备

2．3．3 试验方法

2．3．4 试验现象

2．3．5 试验结果

2．4 落叶松胶合木材材料性能

2．4．1 落叶松胶合木物理性能测试

2．4．2 物理性能测试结果

2．4．3 落叶松胶合木力学性能换算

2．5 本章小结

3 BFRP筋胶合木梁有限元分析

3．1 引言

3．2 有限元分析软件简介和目的

3．2．1 分析软件简介

3．2．2 分析目的

3．3 有限元模型建立

3．3．1 材料本构关系

3．3．2 木材破坏准则

3．3．3 部件建立及材料属性定义

3．3．4 装配及相互作用

3．3．5 分析步及荷载

3．3．6 网格划分及单元类型

3．4 有限元分析结果

3．4．1 有限元分析应力云图

3．4．2 有限元分析结果图

3．5 本章小结

4 BFRP筋胶合木梁受弯性能试验研究

4．1 试验概况

4．1．1 木梁设计及加工

4．1．2 试验分组

4．2 BFRP胶合木梁抗弯试验

4．2．1 试验设备及测点布置

4．2．2 试验加载

4．2．3 数据采集

4．3 试验结果及分析

4．3．1 试验现象和破坏形态

4．3．2 极限荷载

4．3．3 胶合木梁荷载-挠度试验结果

4．3．4 荷载-应变试验结果

4．3．5 胶合木梁跨中截面应变分布

4．3．6 试验结果与有限元模拟结果对比

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢