高温预处理对杨木正交胶合木剪力墙抗侧力性能的影响

[目的]研究往复荷载作用时国产速生杨木正交胶合木(CLT)剪力墙的抗侧力性能,阐明木材高温预处理和加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,为高温改性技术和国产速生木材在建筑结构中的高效利用提供参考。[方法]以木结构建筑常用的进口欧洲云杉规格材为对照,以相同强度等级的国产速生杨木为研究对象,选用180℃为预处理温度对杨木进行高温改性,制备5面全尺寸正交胶合木剪力墙,开展往复荷载作用时加速老化前后正交胶合木剪力墙的抗侧力性能试验。[结果]与相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙相比,往复荷载作用时未处理杨木正交胶合木剪力墙的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低5.8%、12.9%、8.0%;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能指标不同程度降低;与未处理杨木正交胶合木墙体相比,加速老化处理后,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力分别降低9.4%、9.7%、11.2%;木材经高温预处理后,经加速老化,墙体的极限承载力、弹性抗侧刚度、耗能能力变化较小,分别降低2.9%、2.4%、5.0%。[结论]往复荷载作用时,国产速生杨木正交胶合木剪力墙的抗侧力性能略低于相同层板强度等级的欧洲云杉正交胶合木剪力墙,水平力作用时二者具有相似破坏模式,均为抗拔连接件节点处钉子被剪断;木材经高温预处理、墙体经加速老化或二者联合处理后,杨木正交胶合木剪力墙的破坏模式均为底部墙角抗拔连接件处木材被拉断或劈裂破坏;木材高温预处理能够有效降低加速老化对剪力墙抗侧力性能的影响,具有相对较好的抗老化能力;建立正交胶合木剪力墙极限承载力计算模型,理论值与试验值误差小于10%。

木框架-正交胶合木剪力墙多层结构体系关键节点力学性能试验与数值模拟

胶合木(Glulam)框架结构能提供开阔的使用空间,正交胶合木(Cross Laminated Timber,CLT)剪力墙结构能提供较大的抗侧刚度,文章提出了一种二者相结合的结构体系,并针对体系中的2类关键节点开展研究,即CLT剪力墙-CLT楼板节点(简称剪力墙-楼板节点)和CLT剪力墙-胶合木梁节点(简称剪力墙-梁节点)。开展的主要工作如下:(1)自攻螺钉抗剪与抗拔试验;(2)剪力墙-楼板节点的抗剪与抗拔试验;(3)剪力墙-梁节点的弯剪复合试验。试验结果显示:自攻螺钉抗剪荷载-位移曲线有明显的弹性段和塑性段,而抗拔延性稍差。剪力墙-楼板节点抗剪试件的典型破坏模式为钉拔剪与木材劈裂破坏,其承载力达峰后会突降;剪力墙-楼板节点抗拔试件的典型破坏模式为钉拔出与木材承压破坏,其初始刚度较高、延性较好。剪力墙-梁节点抗弯剪试件的典型破坏模式为钉拔出破坏,节点有较好的延性,但滞回曲线捏缩效应明显。根据试验结果,文章对自攻螺钉、剪力墙-楼板节点、剪力墙-梁节点的力学指标进行了计算,其中,剪力墙-楼板节点试件的抗剪、抗拔承载力分别为26.66kN、21.50kN;剪力墙-梁节点试件的承载力、弹性刚度和延性系数均值分别为10.89kN·m、459.40kN·m/rad和3.68。最后,文章对这2类关键节点进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。文章针对胶合木框架-正交胶合木剪力墙结构的关键节点开展试验及数值模拟研究,以期为该类结构的工程应用提供理论与技术支撑。

正交胶合木新型抗剪及抗拉连接耗能特性试验

连接节点是保证木结构抗震性能的重要因素,节点的耗能能力是衡量其是否适用于抗震区的重要指标。提出了适用于正交胶合木(cross laminated timber,CLT)结构的新型耗能抗剪连接节点和新型耗能抗拉连接节点,为研究该类连接节点的破坏模式及力学性能,开展了15组低周往复加载试验。试验结果表明,新型耗能连接节点试件延性系数(D)均大于9.0,满足欧洲规范Eurocode 8中对高延性节点D>6的要求,属于高延性范围;新型耗能连接节点工作阶段强度退化系数均低于20%,具备工程适用性;新型耗能连接节点工作阶段等效黏滞阻尼系数为12%~22%,普通商用连接节点等效黏滞阻尼系数为2.5%~15.8%,两类新型耗能连接节点具有较好的耗能能力。

竹集成材-SPF复合正交胶合木的研发及性能评估

运用相同工艺分别制备足尺垂直型竹集成材-SPF复合CLT(简称V-BWCLT)与足尺水平型竹集成材-SPF复合CLT(简称H-BWCLT)。依据国内外相关标准对两种BWCLT的胶层剪切强度、胶合耐久性、抗弯弹性模量(MOE)、抗弯强度(MOR)和层间剪切强度进行了测试,并用三维非接触式应变测量系统(DIC)对抗弯和层间抗剪试验过程中的受力变形情况进行记录。结果表明:在相同制备工艺条件下,两种BWCLT平均胶层剪切强度接近,浸渍剥离率均可达到相关标准要求。V-BWCLT的平均MOE与MOR分别为7941 MPa和56.7 MPa,而H-BWCLT的平均MOE与MOR分别为10144 MPa和54.0 MPa,H-BWCLT比V-BWCLT具有更高的弯曲刚度,但两者MOR较为接近。对比SPF-CLT,两种BWCLT的抗弯强重比均有显著提高,上述研究和分析为新型竹木复合CLT的实际工程应用提供了设计参考与理论依据。

正交胶合木(CLT)在我国的应用前景

正交胶合木(CLT)在国内木结构行业的发展中具有潜在的推动作用,并且符合我国的绿色生态方针。本文阐述了正交胶合木的特点和国内外研究现状,展望了CLT板在国内木建筑中的应用前景。

新型耗能连接正交胶合木剪力墙抗侧力性能试验

为研究基于软钢屈服与橡胶剪切变形双重耗能机制新型连接的正交胶合木剪力墙抗侧力性能,考虑顶部竖向荷载、墙体高宽比、耗能连接件可更换性等因素,对6榀2.4m高足尺试件进行了单调及低周往复加载试验,并与普通金属连接正交胶合木墙体进行对比试验,获取并分析了剪力墙的破坏过程、力学性能参数及各项因素对抗侧力性能的影响规律。结果表明:新型耗能连接正交胶合木剪力墙在侧向力下的损伤主要集中在耗能连接的软钢耗能段屈服断裂与耗能橡胶脱胶破坏,墙体板材与自攻螺钉未见损伤;增大顶部竖向荷载可有效提升墙体的抗侧力性能,而增大高宽比主要可增加墙体的变形能力与延性;与普通金属连接墙体相比,耗能连接墙体的最大承载力相近,但延性提升26%,耗能能力提升38%,最大层间位移角可达1/23,且在原位替换耗能连接修复的墙体与原墙体的抗侧力性能相近,表明新型耗能连接正交胶合木剪力墙具有较好抗震性能,可实现强震后连接可更换、结构可修复的设计目标。

正交胶合木楼板全尺寸耐火性能试验研究

开展全尺寸正交胶合木楼板在加载情况下的耐火性能试验,所测试的楼板整体厚度为175 mm,在楼板上方均布2.0 kN/m2的砝码进行加载。两块楼板分别采用耐热型聚氨酯(PUR)胶和普通PUR胶制作,并分别采用单层15 mm厚和双层12 mm厚的耐火石膏板进行防火保护。试验发现,对于采用耐热型PUR胶和15 mm厚耐火石膏板的试件,石膏板的脱落时间约为45~50 min,层板炭化后未发生明显的脱落现象;对于采用普通PUR胶和双层12 mm厚耐火石膏板的试件,第一层石膏板的脱落时间约为30 min,第二层石膏板的脱落时间约为60 min,层板炭化后发生了较明显的脱落现象,脱落时间发生在85~100 min。试验进行至121 min,两块楼板中心的竖向位移值分别为-25、-33 mm,楼板背火面整体完好,表面最高温升不超过2℃。结果表明,所测试的楼板试件在加载情况下的耐火极限不低于2.00 h。

正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点抗火性能研究

为研究火灾下正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点单剪受力性能,设计并制作了9组共27个胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点试件,分别进行常温下和火灾下加载试验和数值模拟分析。试验结果表明,常温下螺钉的钻入角度对试件典型破坏模式具有重要影响。受火90min及以内各试件组的破坏模式均为凹槽附近混凝土截面的脆性剪切破坏;受火接近120min的试件破坏模式为凹槽附近木材损伤十分严重(炭化和脱落)和凹槽下方木材的顺纹受压屈服,同时自攻螺钉附近部分混凝土被压碎。随着受火时间的逐渐增加,多数试件组的抗剪承载力逐渐降低,最大降低幅度为28.1%。荷载比对试件耐火极限具有重要影响:随着荷载比的不断增加,试件耐火极限最大降幅为50.7%。除试件组SFL3和SFL4外,有限元模型的计算结果与试验结果较为接近,预测误差在15%以内,满足工程精度要求。

重组竹方销对正交胶合木力学与声学特性的影响

为提升正交胶合木(CLT)的中低频隔声性能,设计了一种以重组竹方销为声散射体的二维声子晶体结构的CLT,探究对嵌入重组竹方销的杉木CLT力学和声学特性的影响。采用短梁剪切法,研究了跨中面外开孔的CLT短梁和嵌入重组竹方销的CLT短梁层间剪切强度、最大正应力和静态韧性系数;采用阻抗管测试法,研究了周期性排布的重组竹方销对CLT隔声量的影响规律。短梁剪切试验表明:与未开孔CLT相比,开孔使CLT的层间剪切强度下降了13.0%~16.5%;与开孔CLT相比,方孔中嵌入重组竹方销可使开孔CLT的层间剪切强度提升8.5%~12.7%,从而与未开孔CLT的层间剪切强度差异不显著,其最大正应力分别与开孔和未开孔的CLT最大正应力差异不显著,为24.52~29.45 MPa;方孔中嵌入重组竹方销的CLT在静态韧性系数上相比未开孔的CLT上升了13.9%~19.1%。隔声量测试结果表明:嵌入重组竹方销的CLT属局域共振型声子晶体结构,在1 400 Hz出现吻合效应的隔声量谷值约33.41 dB;以重组竹方销为声散射体的二维声子晶体结构随重组竹方销边长的增加,提高了CLT的密度和中低频的隔声量,其中,600 Hz以下的隔声量可提升约20.22%。在不改变CLT厚度、密度增量小于20%且力学性能差异不显著的前提下,以重组竹方销增强CLT隔声性能是可行的。

正交胶合木承重墙体的全尺寸耐火试验研究

为研究正交胶合木墙体在承载条件下的耐火性能,开展了全尺寸构件的耐火试验,构件尺寸(宽×高×厚)为3600 mm×4000 mm×175 mm,宽度方向上施加的荷载为120 kN/m,两面墙体分别采用单层15 mm厚和双层12 mm厚的耐火石膏板进行防火保护。试验结果表明,对于采用15 mm厚耐火石膏板的试件5W-1,石膏板的脱落时间约为55 min,该试件采用耐热型PUR胶压制,层板炭化后未发生明显的脱落;对于采用双层12 mm厚耐火石膏板的试件5W-2,第一层石膏板的脱落时间约为40 min,第二层石膏板的脱落时间约为85 min,该试件采用普通PUR胶压制,第一层层板在停火后发生了较明显的脱落现象。两次试验均进行至121 min,试件的竖向位移分别为-10.3 mm和-9.5 mm,两面墙体的背火面整体完好、表面最高温升不超过5℃。最终试验结果表明,两面承重墙体试件的承载能力、完整性和隔热性均不低于2.00 h。

基于蒙特卡洛模拟预测正交胶合木(CLT)顺纹抗压强度

基于《木结构试验方法标准》测试锯材和正交胶合木(CLT)顺纹抗压强度,采用正态分布、对数正态分布、威布尔分布函数进行数据拟合,利用K-S检验判断拟合优度,基于复合层板理论利用蒙特卡洛模拟预测CLT顺纹抗压强度。结果表明,CLT和锯材的顺纹抗压强度平均测试值分别为39.96 MPa和30.41 MPa;采用威布尔分布的拟合优度最高;CLT抗压强度的预测值与实测值相对误差在8%以下,采用蒙特卡洛模拟数据预测CLT顺纹抗压强度平均值和5%分位值的相对误差分别为5.8%和-0.8%,具有更高预测准确性。

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。

正交胶合木(CLT)性能测试及其分析

简述了国内首条大幅面CLT生产线制造的铁杉正交胶合木(CLT)的工艺过程,并主要对该CLT板主强度方向的弹性模量、抗弯强度,以及胶层剪切强度、层间剪切强度和浸渍剥离等性能进行了测试与分析。表明:铁杉CLT的抗弯性能和抗剪性能测试值均能达到加拿大ANSI APA PRG320—2012标准相关等级要求;CLT垂直层滚动剪切强度是决定CLT抗弯强度和界面层剪切强度的主要因素;真空—加压浸渍处理对胶结面附近木材力学性能的影响大于对胶层的影响,其浸渍剥离率的平均值为9.75%,单组份PUR胶黏剂的胶层剪切强度和耐候性等性能符合室外环境的使用要求;铁杉CLT的抗弯性能和抗剪性能测试值达到加拿大ANSI APA PRG320—2012标准相关等级要求,满足工程要求。

CLT(正交胶合木)的发展前景与应用

CLT(正交胶合木)是新型木结构建筑体系工程所需的木制产品,这种工程木材不仅低碳环保、施工效率高,最主要的是它具有极高的强度、耐火性和抗震性,是目前唯一一种可以替代钢筋混凝土的绿色低碳环保建筑材料。CLT(正交胶合木)材料规格尺寸各异,可根据设计要求进行生产、加工与优化;整个施工现场完全干作业,施工过程只需经过结构构件吊装、构件组合、节点锚固连接等工序便可安装完成。

自攻螺钉钉入角度对正交胶合木(CLT)握钉力性能的影响

以花旗松CLT和自攻螺钉为材料,探究自攻螺钉以不同的角度,钉入CLT中以及是否插入CLT拼接缝对传递議和破坏模式的影响,分析轴向承载的强度、刚度、延性变化规律,对我国木结构规范中的连接设计进一步完善,提供试验数据和理论依据。为建立“CLT-STS”模型提供理论参考。

CLT(正交胶合木)简明介绍

前言近年来,在欧美发达国家,以锯材为基本单元制成的新型建材—正交胶合木为代表的新一代重型木结构建筑体系,正在部分取代钢筋混凝土和砖混结构建筑,广泛应用于建造低、中层甚至高层的民用住宅和公共建筑等非民用建筑。由于CLT很容易实现工厂预制,现场组装。

考虑层板脱落影响的正交胶合木楼板炭化速度试验研究

为研究国产正交胶合木(CLT)楼板受火条件下的层板脱落情况及其对炭化速度的影响,开展了6组试件在给定时间下的炭化速度试验,研究了受火时间、层板厚度和层板脱落对CLT板炭化速度的影响规律,提出了考虑层板脱落影响的炭化深度计算方法.研究结果表明:当CLT楼板受火时间较短、炭化层未发展至层板胶缝处时,未发生层板脱落,其炭化速度与实木、层板胶合木等构件的炭化速度基本相同;当受火时间较长、炭化层发展至层板胶缝处时,采用单组分聚氨酯(PUR)作为胶黏剂压制而成的CLT板将发生层板脱落;且受火时间越长,脱落情况越严重,平均炭化速度越快;对比相同厚度不同层数的CLT板,层板数较多且单层层板厚度较薄的CLT脱落情况更严重,平均炭化速度更快.提出的炭化深度计算方法有效地考虑了受火时CLT楼板层板脱落带来的炭化速度加快的影响,计算结果与试验结果吻合良好,可供工程设计人员参考.

混合结构对正交胶合木剪力墙抗侧性能的影响

为评价层板材料对正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)剪力墙抗侧性能的影响,对普通结构(单一锯材材料)CLT剪力墙和混合结构(锯材与单板层积材混合材料)CLT剪力墙进行了单向和低周反复加载试验。结果表明:墙体在单向荷载作用下主要因一侧墙角锚栓和基底锚栓的严重变形而发生破坏,在低周反复加载作用下则为墙角锚栓连接件的变形及钉子的疲劳剪断破坏;CLT剪力墙耗能主要来自于连接件变形和自攻螺钉弯曲、拔出和剪断;混合结构CLT墙体在单向和低周反复加载中的破坏位移、抗剪强度分别比普通结构CLT墙体低3.03%,24.75%和7.33%,3.31%;抗侧刚度则高出8.70%,7.45%。混合结构对CLT剪力墙不同抗侧性能影响不同,应加强CLT剪力墙与基础的连接,充分发挥CLT墙体本身的抗侧性能。

速生杨木横向层正交胶合木滚动剪切性能

为评价速生杨木应用于正交胶合木(CLT)的可行性,采用3层混合CLT结构测试方法测试普通速生杨木、横纹压缩改性速生杨木、浸渍改性速生杨木和云杉-松-冷杉(SPF)规格材的滚动剪切模量和强度,分析滚动剪切破坏模式。结果表明:改性处理后,速生杨木的滚动剪切性能没有明显提高;年轮方向的早、晚材交界处,木射线方向和髓心等区域是普通速生杨木和SPF规格材滚动剪切破坏主要区域;速生杨木和改性速生杨木的滚动剪切性能都高于SPF规格材。普通速生杨木可直接作为CLT的横向层材料。

正交胶合木(CLT)的国外建筑案例研究

正交胶合木(CLT)的出现为现有的结构材料及结构体系提供了一种可行的替代方案。在简述其发展的基础上,介绍整体CLT结构、混合结构的国外建筑案例,探究CLT材料在改扩建和水平竖向延伸上的优势以及对于当下国内运用的启示。