木结构无损检测技术研究与应用综述

木结构无损检测技术对于我国古木建筑预防性保护和现代木结构的智能运维有着重要作用。以检测方法的基本原理为分类标准,介绍了各种无损检测方法的原理和在木结构检测中的适用范围、应用情况、研究现状和现存问题,涉及的检测方法包括常用的目视法、应力波法、微钻阻抗法和前沿探索性方法,如计算机视觉法、压电传感法、电磁波法等,最后探讨了木结构无损检测的发展趋势。

国内外木结构建筑耐火性能的研究进展

为推动现代木结构建筑在国内的发展,分析了木结构建筑耐火的关键性,重点介绍了近二十年来国内外在木结构建筑耐火模拟测试、建筑及其结构耐火极限试验、防火材料应用和软木制品的保温隔热检测与耐火应用等方面的研究进展及成果。在学习和借鉴的基础上,通过总结国外研究成果和经验,提出目前国内在木结构建筑耐火研究方面尚存在的一些问题,与国外相比研究工作的薄弱环节。建议在国内外已有的木结构建筑相关标准规范基础上,加强国内在木结构建筑防火研究的理论基础工作,尤其是模拟试验研究,为木结构建筑的耐火性能评估奠定基础。同时,强调软木材料自身特性,提出在木结构建筑构件及其连接节点处使用软木材料覆面,在保证实用性的基础上,还起到绝缘、隔热、装饰的作用,进一步提高木构件的防火性能,从而提高建筑整体的耐火性。通过上述分析,以期为我国现代木结构建筑防火优化设计提供有益参考。

轻型木结构建筑减振降噪试验研究

为促进木结构建筑减振降噪研究,以一栋普通轻型木结构建筑和一栋葡萄牙软木优化轻型木结构建筑为研究对象,采用瞬态激励法和现场声压级法,分别测试两栋建筑的动力参数(频率、峰值加速度、阻尼比)和隔声量,并进行相关分析。结果表明:两种轻型木结构建筑均符合舒适度要求,同时软木优化轻型木结构建筑的平均阻尼比比普通轻型木结构建筑高1.6%;在关闭门窗,交通噪声源和扬声器噪声源共同作用情况下,软木优化结构建筑的平均隔声量比普通结构高4.6 dB(A);其中软木优化结构的减振降噪性能好于普通轻型木结构建筑,可以明显改善木结构建筑楼盖振动特性和隔声效果。上述以期为轻型木结构建筑的减振降噪优化设计工作提供技术支撑,具有工程应用价值。

木结构建筑外墙保温特性及热湿耦合传递技术的研究进展

为了强化木结构建筑外围护墙体的节能设计工作,通过对国内外木结构建筑外墙保温及热湿性能的研究现状总结,介绍木结构建筑外墙保温最新成果,以及木结构建筑热湿耦合传递技术理论和数值模拟研究进展。通过总结前人研究经验,提出通过理论计算墙体传热系数、热惰性、蓄热系数、衰减倍数、延迟时间,建筑窗墙比,有效传热系数等参数,测试建筑外墙构件材料的基本参数、热物性参数和湿物性参数,为模拟分析提供有效的材性数据支撑;通过开展现场测量木结构建筑墙体在不同时期的传热系数,探索其不同时间段传热系数测定值与理论值的差异,实时监测木结构建筑外墙温度、湿度及含水率的变化,分析其随时间变化的趋势;利用WUFI 6.0软件模拟不同时期木结构建筑墙体的热湿耦合情况,实现准确、可靠地预测轻型木结构建筑墙体传热系数、温度、湿度和含水率等参数。

轻型木结构建筑墙体热工性能测试与分析

为促进不同时期轻型木结构建筑墙体的热工性能优化设计工作,笔者以南京地区A、B两幢轻型木结构建筑四种不同外墙体为研究对象,实测外墙材料的导热系数和四种不同组合外墙体的传热系数,并分析了两幢建筑围护结构的热工性能和舒适度。结果表明,实测A、B两幢建筑的外墙体传热系数值均<0.4 W/(m^2·K),达到严寒地区热工性能设计标准。其中A幢软木外墙体建筑的保温性能优于B幢防腐木外墙体建筑;A、B两幢外墙体传热系数测试值与其理论值相对误差分别为3.51%和11.40%。上述以期为用户提供一个舒适健康的轻型木结构居住环境提供有益支撑。

木楼盖环境激励与冲击激励下振动测试与舒适度分析

为了满足人们对木结构建筑舒适度的客观要求,采用环境激励法和冲击激励法,对一栋设置6个测点的二层轻型木结构居民楼的楼盖结构,开展了环境激励下楼盖结构的基频测试,冲击激励下的球类激励和人行激励动态振动测试,并对以上测试所得的基频、加速度峰值、速度峰值和有效值等结果进行了舒适度分析。研究表明,本楼盖结构在环境激励和冲击激励方式下实测基频均高于4.5Hz,可满足舒适度要求;冲击激励方式下实测加速度峰值最大值为407.2mm/s^2,人体处于明显感觉到与感觉不舒服之间;速度峰值最大值为5.606m/s,满足舒适度标准要求;加速度有效值的最大值小于0.45m/s^2,满足建筑舒适度要求。综合评价本楼盖结构满足舒适度要求。

木结构建筑楼盖结构模态试验及其有限元分析

研究了木结构建筑楼盖结构振动特性与建筑舒适度耦合性能,对其开展有限元振动模型计算、模态试验及振型和舒适度分析。结果表明:楼盖结构基频模拟值、单向模态试验值和双向模态试验值均满足楼盖结构不小于15.623Hz设计要求;楼盖结构经有限元模拟计算的前三阶固有频率中,其基频振型为长度、宽度方向的弯曲振型,第二阶为长度方向的弯曲振型,第三阶为宽度方向的弯曲振型;楼盖结构的双向模态试验的基频呈x向的一阶弯曲振形;二阶固有频率呈x向的二阶弯曲振形。

定向刨花板剪切模量和弹性模量动态测试

【目的】研究定向刨花板(OSB)的各向异性,探讨OSB面内剪切模量动态和静态测试方法,以提供一种快速、简便、重复性好、精度高的动态测试方法测量和分析OSB弹性常数。【方法】应用ANSYS程序计算OSB自由板和悬臂板试件的振形系数,给出振形系数依赖于板长宽比和宽厚比的关系式,通过仿真计算、动态试验和方板静态扭转试验验证其正确性。动态试验测试OSB剪切模量试件从一块整张OSB上下料制作,分为3个方向,即沿整板纵向下料制作的试件(0°或x向)、横向方向下料制作的试件(90°或y向)和沿与纵向呈45°方向下料制作的试件;方板扭转试验测试OSB剪切模量试件沿整板纵向或横向下料制作;动态测试OSB纵向、横向和45°方向弹性模量以及面内剪切模量和45°方向剪切模量。【结果】OSB实测纵向弹性模量是横向弹性模量的2.89倍,45°方向剪切模量小于面内剪切模量。正交各向异性材料方板扭转试验测试剪切模量推算公式需用±45°方向应变测量值的差值进行推算,将其用于OSB,测得的静态剪切模量与动态测试的剪切模量相当吻合。【结论】OSB弹性模量具有方向性,纵向最大,横向最小,45°方向介于二者之间;自由板扭转振形法和悬臂板扭转模态法适用于动态测试OSB面内剪切模量,其正确性得到方板扭转试验验证;0°和90°OSB动态测得的剪切模量几乎相等,可作为OSB面内剪切模量Gxy的估计值;OSB不宜按单向复合材料处理,在理论分析时宜按正交各向异性处理,OSB45°方向的剪切模量G45°<G0°或G90°;方板扭转试验用于测试OSB面内剪切模量时,应在方板两表面中心沿2条对角线粘贴±45°应变片,按±45°方向应变测量值的差值进行推算;动态测试的剪切模量与方板扭转试验测试的剪切模量相当吻合,扭转振形法测试OSB剪切模量可行。

正交胶合木(CLT)梁剪应力分析及其层间剪切强度测试

【目的】探索正交胶合木(CLT)矩形截面梁剪应力计算公式,为测试CLT梁层间剪切强度提供理论依据。【方法】根据胡克定律及梁的弯矩与剪力的微分关系,计算3层、5层和7层CLT梁及同向胶合木梁的层间剪应力,给出CLT梁剪应力计算公式,比较CLT梁及同向胶合木梁的剪应力分布特征。【结果】CLT梁层间正应力间断,但层间剪应力是连续的;对于CLT矩形截面梁,其剪应力沿截面高度变化趋于均衡,不再遵循抛物线分布; CLT短跨距梁在三点弯曲加载中,依次发生垂直层滚动剪切破坏、层间剪切破坏和平行层弯曲破坏;短跨距梁三点弯曲载荷-位移曲线的最高峰值载荷为CLT发生层间剪切破坏载荷,其值稳定、易于读取;铁杉CLT梁层间剪切强度与其平行层弹性模量呈正相关。【结论】CLT梁层间剪应力和最大剪应力与CLT层数、平行层与垂直层弹性模量比值E_L/E_T(或E_L/E_R)有关; 3层、5层和7层CLT矩形截面梁的最大剪应力均发生在梁截面中性轴上,其值分别为1.5倍截面平均剪应力的92.8%、86.7%和92.6%;短跨距梁三点弯曲法是一种有效测试CLT层间剪切强度的方法。

木质复合门单板层积材构件的优化设计及应用

为提高意杨单板层积材(laminated veneer lumber,LVL)木质复合门的抗变形性能,设计了“竖-横-竖”方式组坯的LVL构件,并对构件和木门成品进行性能检测。结果表明:新型“竖-横-竖”LVL构件在平行、垂直板面受力时的均匀性更强,整体力学性能明显优于普通LVL构件;由其制作的木质复合门门扇的水平剪切强度、静曲强度和弹性模量,分别比普通木质复合门门扇提高28%、14%和11%。

动态和静态测试定向刨花板的泊松比

【目的】探讨悬臂板一阶弯曲模态法(动态法)和悬臂板静力弯曲法(静态法)测试定向刨花板(OSB)纵向和横向泊松比的适用性,给出动态法测试OSB纵向和横向泊松比的贴片位置。【方法】应用ANSYS模态程序块和静力弯曲程序块对OSB悬臂板进行动、静态应力和应变分析,计算长宽比3~6、宽厚比4~10的OSB纵向和横向悬臂板的应力和应变;确定悬臂板内横向应力等于零的位置,即动态和静态测试OSB纵向和横向泊松比的应变片粘贴位置,并应用二元回归分析将其表示为依赖于悬臂板试件长宽比和宽厚比的关系式。【结果】对于国产和加拿大产OSB,动态测试的纵向泊松比分别为0.342和0.314,横向泊松比分别为0.131和0.174;动态和静态测试OSB泊松比的贴片位置虽不同,但测试出的泊松比较为一致。【结论】悬臂板一阶弯曲模态法和悬臂板静力弯曲法适用于测试OSB纵向和横向泊松比,其有效性得到轴向拉伸法和四点弯曲法的验证。

现代木建筑梁柱与软木板防火复合结构的研发与应用

现代木结构建筑设计中,梁和柱结构体系具有的耐火极限高低是防火性能好坏的关键。本研究应用耐火性能优异的葡萄牙软木板,针对工程应用中常见的木梁柱、钢梁柱结构件,对其进行新型连接件设计,以及梁柱件与软木板的两种防火复合结构设计、制作及其浸渍剥离性能测试和木柱体与软木板的防火复合结构耐火测试等分析,以期为人们创造更高质量的居住安全环境,对提高我国现代木结构建筑防火性能技术水平具有工程价值。

新型防火实木复合门的耐火性能测试

为提高实木复合门的耐火隔热性能,本研究对新型防火实木复合门开展结构设计与工艺制作。在重点进行的耐火极限性能测试工作中,对其耐火完整性和耐火隔热性进行了研究与分析。主要结论表明:本新型防火实木复合门的理化性能明显高于普通实木门;新型防火实木复合门的耐火极限时间为27 min,即新型防火实木复合门在燃烧27 min时失去耐火完整性和隔热性,达到火场疏散的时间要求。本研究对提升国内实木复合门耐火极限性能的技术含量与附加值具有工程价值。

电学无损检测法在活立木中的应用与展望

活立木作为优秀的可再生自然资源,对空气净化、城市美观、提供建材等起到重要作用。我国的森林资源仍较为短缺,而木材需求量较大,二者之间存在着巨大的供给性矛盾,且木材的利用率相对偏低。对活立木进行无损检测研究,是提高活立木利用率的重要手段。电学无损检测法是利用木材电阻对内部腐朽的灵敏度较高的特点,有效检测腐朽大小、位置以及程度。本文通过介绍针式探测法、四点测试法和断层成像法三种电学无损检测发原理以及国内外现状,对成果进行总结分析并提出思考建议,以期为我国电学无损检测法在活立木无损检测中的应用发展提供参考。