论文部分内容阅读
胶合木结构是一种适用于大跨度大体积的木结构形式,开发国产胶合木结构,需要对我国国产胶合木的性能以及连接方面做大量的试验研究和理论分析。胶合植筋连接是应用于胶合木结构中的一种可靠的抗力矩连接方式,胶合植筋连接能够提供很高的连接强度和刚度,能够有效的传递载荷,并且连接处具有很好的防火和外观性能。我国关于胶合木胶合植筋连接的研究报道还很少,因此研究这种高强度连接方式对胶合植筋连接的推广和应用有着重要的意义。本文使用进口SPF(Spruce-Pine-Fir)木材和国产马尾松(Pinus massoniana Lamb.)人工林木材生产结构胶合木,研究两种材料的性能差异以及胶合木的性能。胶合木加工成胶合植筋试样,采用双组份环氧树脂胶黏剂,不同直径和长度的公制螺纹杆,测试了顺纹双端植筋拉伸性能、顺纹单端植筋拉伸性能、横纹单端植筋拉伸性能和多杆植筋的拉伸性能,比较了不同测试方法对植筋连接强度的影响,分析了边距、间距、胶层厚度、植入深度和植筋杆直径等因素对胶合植筋强度和破坏模式的影响,主要的研究结果如下:1、国产马尾松人工林木材的物理力学性能与进口SPF木材相近,但相同工艺条件下生产的SPF胶合木弯曲强度为58.40-68.45MPa,弹性模量为16.23-19.46GPa,而国产马尾松胶合木的性能要差于进口材,弯曲强度为24.49-52.12MPa,弹性模量为9.72-12.69GPa,达到日本农林集成材标准E135-F345等级。2、SPF胶合木和马尾松胶合植筋双端拉伸试验主要测试了边距、胶层厚度、植筋杆直径、植入深度对植筋性能的影响。边距试验结果表明胶合植筋抗拔强度主要影响破坏模式,边距过小会引起胶合本身的开裂。本研究中建议边距为大于等于4d,避免打孔过程中的误差和植筋过程不垂直而导致轴向拉伸过程中木材的过早开裂。胶层厚度试验结果表明随着胶层厚度的增大,对植筋强度的影响不明显,但木材/胶黏剂界面的名义剪切强度随胶层的增大而呈线性下降,相关系数为0.89-0.91;植筋杆直径和植入深度试验结果表明随长细比λ的增大,胶合植筋强度增大,木材/胶黏剂界面剪切强度减小。不同螺纹杆直径中λ与破坏载荷呈二次多项式线性关系,且相关系数在0.95-0.99之间。顺纹单端植筋的破坏模式主要是植筋杆的拔出破坏和螺纹杆的韧性断裂破坏。3、SPF胶合木和马尾松胶合木顺纹单端胶合植筋和横纹单端胶合植筋的强度相近,横纹植筋时马尾松植筋性能要优于SPF木材。SPF胶合木和马尾松胶合木单端顺纹植筋的破坏载荷随长细比λ的增大而增大,木材/胶黏剂界面剪切强度随长细比λ的增大而减小,其中剪切强度与长细比λ呈幂指数关系,指数在-0.35~-0.38之间。顺纹单端植筋的破坏模式主要是植筋杆的拔出破坏和螺纹杆的韧性断裂破坏,横纹单端植筋的破坏模式主要由植筋杆的拔出破坏、螺纹杆的韧性断裂破坏和木材的压缩开裂破坏。4、开发多杆植筋拉伸抗拔强度的测试方法,多杆植筋破坏类型复杂,当杆间距小于3d易产生木材块的拔出,推荐多杆植筋的间距要大于等于4d。相同间距下植筋杆数量越多,力的不均匀分布导致每根植筋杆的平均承载力会下降。5、建立胶合木胶合植筋破坏载荷与长细比和植筋杆直径之间的经验预测模型,以及胶合植筋轴向拉伸载荷的设计值方程。基于Volkersen模型,使用线弹性胶层剪切刚度方法推导出胶合植筋拉-拉和拉-压两种模式下的胶合植筋理论预测模型。与经验预测方程相比理论预测模型方程具有更大的适用性。