苏北意杨材性及FRP复合木结构的试验分析和研究

摘要

木材由于其优良的结构性能，数千年来在世界各国被广泛应用于建筑结构领域。但是我国上世纪60年代以来，由于木结构的传统用材匮乏，木结构建筑趋于停滞。近年来苏北地区引进了人工速生树种一意杨，且短期内在种植产量和产业化规模方面，都能够很大程度上满足木材原料的要求。 近三十年来，国外开始研究应用现代木结构。现代木结构的一大特点就是通过不同材料的复合来改善和提高木结构的性能。纤维增强复合材料(FiberReinforcedPlastics，简称FRP)是当前土木工程领域的一种新型材料，具有轻质高强、防腐耐久、施工简便等优点。因此，本文对苏北意杨的材性和FRP复合受弯木结构进行了试验分析和研究。 首先进行了意杨的材性试验。参考国家标准，制作了一批标准小试件进行试验，对意杨的应力-应变特性进行了研究和分析，得到了意杨的抗压、抗拉、抗剪强度和弹性模量等的标准值。 设计并制作了意杨木梁、GFRP复合意杨木梁和CFRP复合意杨木梁，并对它们进行了试验研究。试验中对试验梁的极限承载力、变形、破坏特征以及截面应变等进行了研究和分析。试验结果表明，FRP复合木梁能够有效提高木梁的承载力；意杨木梁和FRP复合木梁均具有良好延性；FRP复合木梁在加载中后期刚度比木梁有所提高。 本文基于试验结果和基本假定，对试验梁的各种破坏类型进行了分析和判定，推导出了相应的极限承载力计算公式，并且将计算结果与试验结果进行了比较，两者吻合良好。 在以上工作基础上，本文对意杨用作承重结构用材和FRP复合木结构，提出了设计方法和应用的建议。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1木材在建筑结构中的应用

1.2苏北意杨的生产现状及前景

1.3 FRP在建筑结构中的应用

1.4 FRP复合木结构在国内外的研究现状

1.5本文研究的目的和内容

第二章材料性能试验与分析

2.1苏北意杨简介

2.2木材构造和木材缺陷

2.2.1木材构造

2.2.2木材缺陷

2.3意杨的木材物理力学性能

2.3.1顺纹抗压强度

2.3.2顺纹抗拉强度

2.3.3顺纹抗剪强度

2.3.4弹性模量

2.3.5抗弯强度

2.4 FRP的物理力学性能

2.5本章小结

第三章意杨木梁和FRP复合意杨木梁的试验研究

3.1试验方案

3.1.1试件介绍

3.1.2 FRP粘贴形式及试件制作工艺

3.1.3加载装置

3.1.4测试内容及方法

3.2试验结果及分析

3.2.1试验过程及现象

3.2.2破坏特征及其力学解释

3.2.3裂缝特征

3.2.4极限荷载

3.2.5试件变形特征

3.2.6木材及FRP的应变变化

3.3本章小结

第四章木梁和FRP复合木梁抗弯承载力分析

4.1木梁及FRP复合木梁受弯破坏类型

4.1.1木梁受弯破坏类型

4.1.2 FRP复合木梁受弯破坏类型

4.2基本假定

4.3木梁受弯承载力计算

4.3.1木梁正截面极限承载力计算——对应破坏类型Ⅰ

4.3.2木梁正截面极限承载力计算——对应破坏类型Ⅱ

4.3.3木梁正截面极限承载力计算——对应破坏类型Ⅲ

4.4 FRP复合木梁受弯承载力计算

4.4.1 FRP复合木梁正截面极限承载力计算——对应破坏类型ⅠFRP复合

4.4.2 FRP复合木梁正截面极限承载力计算——对应破坏类型ⅡFRP复合

4.4.3 FRP复合木梁正截面极限承载力计算——对应破坏类型ⅢFRP复合

4.5木材受弯抗拉强度的确定

4.6计算值与试验值的比较

第五章苏北意杨及FRP复合木梁的设计建议

5.1苏北意杨作为承重结构用材的应用范围

5.2木梁、胶合木梁及FRP复合木梁的设计方法

5.3注意问题

第六章结论

参考文献

致谢