木梁适宜性加固技术的试验研究与分析

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古建筑木结构是我国重要的历史文化遗产,需要精心保护。在经历数百年的岁月洗礼后,木结构常常存在各种损伤,如腐朽、蚁蛀等。为了尽可能保留历史信息,去除构件损伤严重的部分、将轻微损伤部分与新构件拼接,比更换全部构件更有利于文物保护。木梁构件的传统拼接方法以对拉螺钉与钢板组合使用为主。实施简便快捷,在古建筑木结构中被广泛应用,但传统拼接加固方法会对原有木构件产生较大的损坏,这与文物保护的初衷是相违背的。因此出于对建筑遗产保护的需要,提出了之前没有被广泛研究的外包矩形钢管拼接法。希望通过对该种新型木梁拼接加固方法的试验研究与分析为之后古建筑木梁适宜性加固保护工作提供参考。为了研究使用外包方钢管拼接法拼接木梁的抗弯性能,本文通过对拼接节点各项参数进行调整,设计了7组15根尺寸均为150mmx200mmx2300mm的木梁构件(其中完整梁3根,其余均为在跨中对接的拼接梁)进行4点加载受弯试验。通过划分完整梁、不同拼接榫头长度、不同帮头长度及接头是否注胶4个对比试验组,研究不同节点参数对构件抗弯力学性能的影响。加载试验结果表明:在构件尺寸、试验条件相同的情况下,帮头长度较短时,节点发生脱榫破坏;当帮头长度增加到一定长度时,节点发生折断破坏;榫头长度的变化对破坏形态的影响较小;拼接构件的承载力小于完整试件(最高只达到原有的48%);保持其他条件相同时,随着榫头长度与帮头长度的增长,构件拼接后承载力与刚度均有所上升;通过对拼接节点进行注胶,可以显著的提高拼接梁的承载力与刚度。但注胶操作是不可逆转的,会永久的改变节点区域的木材性质,在提高刚度的同时也使木材变脆。借助ABAQUS有限元软件建立拼接木梁的有限元模型进行数值模拟,将试验实测值与有限元计算结果进行对比分析,验证了使用ABAQUS数值模拟分析拼接梁构件受弯性能的可行性及可靠性。在此基础上,使用实测材性平均值排除木材材性离散性对数值模拟的影响进行节点变参数分析。通过变参数分析模拟结果归纳出木梁外包矩形钢管拼接节点的受力特点,推导木梁外包矩形钢管拼接节点的抗弯承载力计算公式。将公式计算结果与数值模拟所得值进行对比,验证本文简化计算方法的正确性。
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