古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。

木材连接界面摩擦及其对古建筑抗震性能影响研究进展

中国木结构古建筑具有独特的营造方式和结构体系,蕴藏着数量众多且类型丰富的连接界面,这些界面的摩擦对古建筑节点、结构的抗震性能起到至关重要的作用。基于现有摩擦学理论,阐述木材连接界面的摩擦机理,探究连接界面摩擦对木结构古建筑各单元层抗震的作用机制。通过分析木结构的营造特点,梳理木材连接界面摩擦及其对木结构古建筑抗震作用的研究现状,指出木材摩擦性能是评估木结构古建筑稳定性与抗震性能的关键指标,为木结构古建筑的进一步研究和保护提供参考。

国产胶合木柱生产碳排放量测算及碳减排研究

碳排放量是评估胶合木生产环境影响的重要指标,现有碳排放数据多引用国外和基于理想模型测算,难以真实反映我国当下生产条件碳排放水平。以赤松(Pinus densiflora)胶合木柱为研究对象,基于现场调研分析胶合木柱生产工艺过程的碳排放源,从辅料、能源两个方面建立碳排放边界模型和物料清单,计算产品碳排放量,并分析生产过程碳排放特征,从生产工艺角度提出减碳方式。结果表明:胶合木柱的碳排放量为330.16 kgCO_(2)e/m^(3);锯材生产阶段、胶合木及木柱制作阶段的碳排放量分别占总量的78.5%和21.5%;窑干、接长、施胶、搬运经优化后,可实现碳减排44.3%,优化效果显著。

华北地区古建筑木构件开裂类型与特征分析

木构件开裂是木结构古建筑中主要残损类型之一,影响古建筑安全性能。为研究古建筑木构件的开裂类型与特征,通过现场勘查对我国华北地区8处木结构古建筑的关键木构件开裂情况进行检测,获得古建筑木构件开裂残损的类型与形态、数量、尺寸等特征,并与自然干燥的现代材开裂情况进行比较,观察木材裂缝长时间的变化情况。研究结果表明:古建筑木构件开裂率约85%,裂缝按其形态与开裂原因可分为干缩裂缝与受力裂缝,干缩裂缝为主要类型;多数干缩裂缝开裂深度未至髓心,比例为78.16%;木构件干缩开裂特征受其形态影响,自然干燥现代材与古建筑木材开裂特征相同,达到平衡含水率后开裂特征基本不发生变化。

大跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖竖向振动性能试验研究

为研究齿板连接木桁架搁栅楼盖的人致振动响应,对12m跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖振动性能进行了足尺试验研究,分析了横撑和隔墙对木楼盖振动特性、楼盖刚度的影响,分析了单人步行荷载和自由落体冲击荷载作用下木楼盖的振动响应。结果表明:木楼盖前三阶振型符合预期,单跨木楼盖的基本自振频率在8Hz以下,低于连跨形式木楼盖的基本自振频率;安装横撑和设置隔墙都可以增加木楼盖的前三阶频率;在不同位置安装横撑均可提高木楼盖的刚度,减小木楼盖的静态挠度,均匀安装4排横撑可将楼盖中心静态挠度降低47.5%;不同方向步行荷载激励下木楼盖的振动响应略有不同,纵向行走而致的振动响应较大,横向较小,安装隔墙后木楼盖中心的振动响应能降低40%左右;木楼盖的纵向振动传递大于横向和斜向两个方向,安装隔墙有助于木楼盖振动的传递。

应县木塔普拍枋用材方法与残损状况分析

普拍枋的横纹受压变形积累等残损现象是应县木塔结构发生竖向沉降和损坏的重要原因,严重影响木塔的安全性能。为研究应县木塔普拍枋的取材用材信息与残损现状,通过现场勘察记录各层普拍枋用材的年轮数、髓心位置与受压处的压缩情况,并采用无损检测技术获得木材年轮宽窄面与木材大小头摆放方式,同时对端面图像进行处理以计算端面裂隙率与缺损率。研究结果表明,应县木塔普拍枋用材为树龄大于100年的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.),且尽可能保证了木材两端髓心处于中心位置,同时木材的年轮宽窄面与大小头摆放存在一定规律;木材横纹受压残损是普拍枋的主要残损形式,其中压缩程度大于20%的木构件在各明层内槽普拍枋中占50%,同时随着木塔的使用普拍枋压缩程度仍在增加;木材局部受压是木构件端面开裂残损的重要原因,其中木构件局部受压压缩程度与端头开裂裂隙率呈高度线性相关。

古建筑木构件修复加固用环氧树脂性能评价方法研究

环氧树脂是古建筑木构件修复加固的常用材料,为了科学合理地使用环氧树脂,基于多准则决策理论建立古建筑木构件修复加固用环氧树脂性能评价模型。参考古建筑木构件修复加固工程对环氧树脂的要求与相关标准确定环氧树脂的性能指标集合,采用熵权法与层次分析法分别得到各性能指标客观权重与主观权重,综合主客观权重对各性能指标赋权,使用优序法与逼近理想解排序法(technique for order preference similar to an ideal solution,TOPSIS法)结合各性能指标复合权重构建两种综合性能评价模型。通过验证试验对十组环氧树脂进行综合性能评价,结果表明复合加权TOPSIS综合性能评价模型更全面客观,更适用于古建筑木构件修复加固用环氧树脂,可作为选择和使用环氧树脂的参考方法。

木结构用杉木规格材抗弯强度的长度尺寸效应

选取206根人工林杉木规格材,按照动态弹性模量配成3个测试组,研究了规格材测试跨度与其抗弯强度之间的依存性,并利用斜率法和形状参数法求得抗弯强度5%分位值和50%分位值的长度尺寸效应.结果表明,斜率法获得杉木规格材抗弯强度5%分位值和50%分位值的长度尺寸效应系数分别为0.43,0.33,均大于国外研究结果,特别是ASTM D1990的推荐值;当利用二参数威布尔分布函数拟合所测抗弯强度时,用形状参数法求得的参数k为4.41,4.40,大于用斜率法所获得的长度尺寸效应系数的倒数;试验获得的长度尺寸效应系数可在实际工程中应用.

杉木目测等级规格材抗拉强度长度尺寸效应

以人工林杉木规格材作为研究对象,研究了不同目测等级下规格材测试长度与其抗拉强度之间的相互关系;通过斜率法和形状参数法求出了高、低目测等级组试件抗拉强度5%分位值和50%分位值的长度尺寸效应系数.结果表明:用非参数法求得的高、低目测等级组试件抗拉强度5%分位值的长度尺寸效应系数分别为0.12,0.25,50%分位值的长度尺寸效应系数分别为0.17,0.29,低目测等级组试件的长度尺寸效应系数大于高目测等级组试件;该长度尺寸效应系数可以在人工林杉木规格材的实际应用中使用;利用两参数威布尔分布拟合所测强度时,除高目测等级组试件抗拉强度5%分位值外,用形状参数法估计的参数与用非参数方法求得的参数的倒数近似.

木质复合板弯曲、剪切弹性模量动态测试

引入了一种横向振动测试方法——扭弯法,并利用扭弯法动态测试了定向刨花板的弯曲、剪切弹性模量.结果发现,在不同跨度下动、静态弯曲弹性模量和剪切弹性模量的回归方程相关系数均在0.9左右,说明扭弯法可以对木质复合板的弯曲弹性模量和剪切弹性模量进行预测评价;进一步研究了影响该动态测试的因素,建议动态测试时单位面积夹紧力压力在200 kPa左右、测试跨度为610 mm以上,且两宽度边分别测试.

分等方法对我国人工林杉木规格材等级的影响

选择了福建人工林杉木作为试验对象,将其锯截为470根截面尺寸为45 mm×90 mm的规格材,并干燥至目标含水率12%(质量分数).规格材先进行目测分等,然后依次利用超声波、纵向振动、横向振动和弯曲方法按照给定的机械强度等级表对规格材进行分等.结果表明,不同的分等方法对规格材的特征值、等级分布和产量都有明显的影响.虽然横向振动分等方法生产的人工林杉木规格材价值相对低,但它是一种较为精确的分等方法.各等级的大小顺序依次是C3,Ⅰc,C2,Ⅱc,Ⅲc,C1.对于我国人工林杉木来讲,规格材通过机械强度分等获取的价值高于目测分等材.

木结构房屋中木楼板的振动及其适用性设计

木楼板是木结构居住建筑中最为常见的结构系统,又是一个与居住者有身体接触的系统。居住者自身或别人的活动行为会造成楼板振动,也会给居住者带来不适。全面总结木楼板振动适用性设计方法研究方面的进展,指出木楼板现行设计规范存在的问题和木楼板振动研究的发展方向,对构建我国木楼板振动适用性设计方法方面有重要意义。

木结构墙体建造细节对其隔声性能的影响

木结构墙体隔声是木结构居住建筑的一项重要性能.为了制造出高隔声性能的墙体,该文分析了木结构墙体建造细节对其隔声性能的影响.研究表明,影响木结构墙体隔声的因素有墙板的面密度、墙骨的规格和间距、玻璃纤维棉的容重和厚度.木结构墙体的第一共振频率一般都在100 Hz以上,建议选择600 mm作为木结构墙骨间距.最后得到了在测试频率范围内木结构墙体隔声的变化曲线.

兴安落叶松目测等级锯材抗拉强度的宽度尺寸效应

以兴安落叶松锯材作为研究对象,研究了不同目测等级下锯材试材宽度与其顺纹抗拉强度之间的依存性。选取3种宽度尺寸的目测等级锯材,分成高、低目测等级组,按照相同的测试跨度测试锯材顺纹抗拉强度,并利用斜率法和形状参数法估计高、低目测等级试材顺纹抗拉强度5%分位值的宽度尺寸效应。结果表明:1)落叶松锯材宽度增加,其顺纹抗拉强度下降。2)落叶松高、低目测等级锯材顺纹抗拉强度5%分位值的宽度尺寸效应系数分别为0.29和0.33。3)可以通过形状参数法确定落叶松目测等级锯材的顺纹抗拉强度的宽度尺寸效应系数。

病死畜禽无害化处理产物及其应用研究进展

病死畜禽可通过好氧发酵、化制法、炭化等处理技术实现无害化处理和资源化利用,产品主要包括有机肥、肉骨粉、动物油脂等。文章综述了病死畜禽无害化处理产物及其安全性和高值安全应用方法,为病死畜禽无害化处理及资源化利用提供参考。

结构用胶合木性能若干影响因素

以落叶松、杉木为研究对象,研究了影响胶合木强度性能的齿顶宽、指接方向、指接单元等级、指接头、层积施胶量和压力等若干重要因素.试验选取744块落叶松锯材、2 516块杉木锯材,采用2种结构用胶、5种齿长、2种指接单元等级、6种层积涂胶量、5种层积压力等作为指标变量,测试了指接材抗弯、抗拉强度和层积材的胶合性能.结果表明:指接材的强度不总是随齿长的增大而提高,其胶合后的强度主要受同截面内齿顶宽累积量所决定;垂直指接材的平向抗弯、顺纹抗拉强度不低于水平指接材,指接方向应由产品的承载方向确定;指接工艺不会降低大尺寸指接材的强度设计指标;层积施胶量和压力应与使用设备的实际产出相协调.

结构用杉木规格材含水率与抗弯性能关系研究

按照动态弹性模量合理配组杉木规格材,通过调节不同的含水率,全尺寸破坏性地测试其抗弯性能,建立了杉木规格材抗弯性能和含水率之间关系,并与其他调整模型相比较,提出了利用含水率来调整中国杉木规格材抗弯性能的简要方法.研究结果表明:杉木的低抗弯强度与含水率之间存在二次函数关系,而杉木的抗弯弹性模量和高抗弯强度与含水率之间存在幂函数关系.

横向振动评估木结构建筑用规格材弹性性质

经Timoshenko梁方程推导出了以自振频率为变量的自由-自由梁横向振动弯曲弹性模量和剪切弹性模量的求解方程.通过对规格材动态振动和静态弯曲测试研究,发现用这种动态测试方法对规格材弹性性质进行预测效果较好,总回归方程相关系数在0.7以上,可以在实际中用于对足尺规格材的弹性性质进行动态评估.

世界木结构房屋研究的最新进展

分析了我国木结构建筑研究的现状;根据国外木结构研究内容,从六个方面详细介绍国外木结构房屋研究的最新进展,总结了木结构研究的发展趋势,提出了我国木结构房屋研究的发展思路。

胶黏剂和指接接头对胶合木性能的影响

采用单组分聚氨酯(PUR),A型双组分异氰酸酯(MDI-A),B型双组分异氰酸酯(MDI-B)和间苯二酚(PRF)4种结构胶黏剂,相邻层板接头距离分别设为0,50,150,300mm以及仅在最下面两层板间距离为50mm的5种指接接头分布模式,制作成以兴安落叶松和日本落叶松为原材料的胶合木试样,并按照标准进行胶层剪切试验、剥离试验和足尺抗弯试验,以探究胶合木层积用胶黏剂对胶合面胶合性能的影响,以及层积方向上相邻层指接接头分布对胶合木抗弯破坏行为的影响.结果表明:4种结构胶黏剂中,PRF胶合性能最优;层间接头分布距离为300mm时,抗弯试验中指接接头的破坏几率最低.