抄手榫接合结构的优化设计

对某实木家具生产企业现阶段使用的抄手榫结构进行分析后,提出了适应五轴机床数控加工的抄手榫改良设计,探讨45°斜面接合下榫头尺寸对力学强度的影响,并从加工效率和力学性能两方面对比改良结构与工厂现有抄手榫的优劣。结果表明,改良抄手榫的极限拉伸强度高于改良前的抄手榫,且随着榫头长度的增加(宽度的减少),拉伸强度逐渐增强,使用五轴机床加工一组抄手榫构件,改良抄手榫的加工速度比工厂原有的抄手榫减慢了6.98%,可见工厂使用的抄手榫结构因追求加工效率而牺牲了一部分力学强度。

巴掌榫和抄手榫维修圆木柱的试验研究

共进行了7根采用巴掌榫和抄手榫维修加固的圆木柱试验研究。研究结果表明:仅采用巴掌榫维修圆木柱的承载力较对比试件降低8%,延性系数降低26%。但采用钢箍或CFRP布加强后,端部替换圆木柱的承载力和延性系数均可恢复。仅采用抄手榫维修圆木柱的承载力较对比试件未降低,但延性系数降低19%。采用钢箍加强后,端部替换圆木柱的承载力和延性系数均可完全恢复;采用CFRP布加强后,端部替换圆木柱承载力较钢箍加强试件还可提高30%,延性系数还可提高21%。

纤维布加固墩接木柱轴压试验

为探究外包纤维增强复合材料(FRP)加固墩接木柱的加固效果和工作机制,考虑不同纤维布和不同墩接方式等因素影响,开展10根墩接木柱的轴压加载试验。对比分析3种FRP布(AFRP,BFRP,CFRP)、4种不同墩接方式(巴掌榫、刻半榫、抄手榫和直榫)下加固柱的破坏模式和力学性能。结果表明:未采用FRP布加固的传统墩接柱表现为拼接缝木材开裂和开裂后的墩接区木材压屈折断,而FRP布加固后,墩接区整体性良好,破坏主要发生在墩接口,表现为木材压溃和纤维布褶皱;传统墩接柱承载力仅恢复至42%~69%,刚度恢复至43%~65%;FRP布加固后,轴压承载力可恢复至完好木柱的75%~100%,刚度可恢复至66%~107%,延性提升24%~96%,加固柱轴压性能和变形能力得到有效的恢复或提高,且刚度退化不明显;此外,有限元仿真得到的荷载位移曲线及力学指标与试验结果吻合良好。FRP加固墩接木柱的轴压力学性能良好,可为传统木结构建筑的修缮和木柱的墩接加固提供借鉴和参考。