植筋连接承载力设计及植筋放置缺陷的影响

摘要

植筋连接不但具有较高的强度和刚度，而且由于植筋被木材包裹，因而具有美观的外形和较好的抗火性能，被广泛应用于木结构建筑中。植筋连接由力学性能差异较大的木材、筋材和胶黏剂组成，其发生界面破坏时的力学性能受很多因素影响，目前还未见能较为准确预测界面破坏承载力的设计公式。本文通过分析来自不同文献的大量试验数据，总结了锚固长度、植筋直径、胶层厚度、木材密度等对植筋连接界面破坏拉拔承载力的影响，并提出了植筋连接界面破坏拉拔承载力的计算公式。 植筋连接制造过程中的质量控制对植筋连接性能的可靠性十分重要，但目前对其研究较少。本文通过植筋连接的拉拔试验，研究了不同胶层厚度（1mm~3mm）植筋放置缺陷对植筋连接力学性能的影响。试验结果表明：植筋连接的初始刚度主要受筋材刚度影响，与胶层厚度、木材密度以及植筋放置缺陷均没有明显关系；植筋连接的承载力随着胶层厚度的增加而增加，植筋放置缺陷对植筋连接承载力的影响较小，最大不超过10%；其中，植筋靠近孔壁且胶层厚度为3mm的试件的承载力最大。 此外，应用三维有限元模型开展了应力分析。数值模拟结果表明：最大的顺纹剪应力和横纹拉应力出现在植筋孔顶部附近，这表明植筋连接的脆性破坏起始于植筋孔顶部位置。木材的顺纹剪应力和横纹拉应力随着胶层厚度的增加而减小，且随着胶层厚度的增加木材的顺纹剪应力分布趋于均匀，这解释了随着胶层厚度的增加植筋连接的承载力提高的原因。植筋倾斜放置时，在靠近孔壁顶部处的顺纹剪应力和横纹拉应力要远高于植筋在孔中心和植筋靠孔壁时的应力，因此植筋倾斜放置时连接的承载力最小。

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