论文部分内容阅读
随着社会的不断进步和人们生活质量水平的不断提高,崇尚绿色环保的消费理念越来越深入人心,绿色建筑以及木结构建筑也随之受到人们的广泛关注。木材是一种可再生资源,可以作为绿色建筑材料来使用。正交胶合木(Cross Laminated Timber,CLT)是一种由实木锯材或结构复合板材正交组坯而成的建筑材料,通常用于多高层木结构,其一旦发生火灾其火灾危害比低层木结构更加严重。然而,CLT结构抗火的研究在我国尚处于初级阶段,虽然已有部分学者开展了标准火灾下相关的试验与理论研究,但CLT作为一种可以燃烧的材料,实际火灾过程中将会直接增加火灾荷载密度、加大火势。而标准升温曲线反映不了这些特点,若仍然仅采用标准火灾升温曲线来研究可燃CLT楼板的耐火极限,可能存在一定的隐患。鉴于上述情况,进行CLT楼板在不同火灾升温曲线下的火灾反应的研究具有重大的意义。本文以国产CLT楼板为研究对象,开展了常温下的力学性能试验、不同火灾升温曲线下的耐火极限试验、基于有限元平台ABAQUS的CLT楼板常温下力学性能有限元模拟、CLT楼板耐火极限热-力耦合有限元模拟以及不同火灾升温曲线下CLT楼板耐火极限理论计算,主要内容可分为以下几个部分:(1)对CLT构件进行了常温下的的力学性能试验,得到了CLT构件的抗弯强度、滚动剪切强度、顺纹抗压强度、层间剪切强度和胶黏剂的强度。(2)对CLT构件常温下的力学性能试验进行ABAQUS有限元建模,验证了ABAQUS子程序和胶黏单元模拟CLT构件常温下各试验的有效性,为后续高温下CLT楼板耐火极限有限元模拟中结构场的计算打下基础。(3)以CLT楼板为试验对象,进行了六组耐火极限试验,分别考察不同升温曲线、不同持荷比和不同层板组成对CLT楼板耐火极限的影响。结果表明:由于本文所选的非标准火灾升温速率较快,其升温阶段CLT楼板的炭化速度远高于标准火灾下的情况,造成CLT楼板的耐火极限也小于标准火灾下的耐火极限。所以直接将标准火灾下CLT楼板的耐火极限研究应用到实际火灾中去,确实存在一定隐患。当炭化层炭化到胶层后,由PUR胶黏剂制作的CLT楼板已炭化的层板可能会发生局部脱落,增加CLT楼板的炭化速度。从试验结果来看,三层CLT楼板均未发生层板脱落,而五层CLT楼板均发生了脱落,且五层层板脱落的时间存在一定的随机性,表明层板厚度对CLT楼板的脱落有一定影响。(4)以有限元软件ABAQUS为平台,对六组CLT楼板耐火极限试验进行了有限元模拟。其中温度场模拟中,层板脱落造成CLT内部温度突然升高的影响通过ABAQUS自带Model change功能来实现。通过对比试验结果和有限元计算结果,验证了该有限元计算方法的有效性,为日后复杂模型的有限元计算提供参考。(5)结合国外木结构设计规范,推导了非标准火灾下考虑层板脱落后的CLT楼板炭化速度计算公式,结合剩余截面法获得不同火灾升温曲线下CLT楼板耐火极限的计算方法。为将来工程设计人员进行CLT楼板抗火设计提供建议和参考。