高温中木材顺纹弦面抗剪强度

【目的】研究高温中大截面承重木构件最外侧炭化层保护下内部受热区木材顺纹弦面抗剪强度及其劣化规律,为木结构抗火性能精细化设计和过火结构构件剩余承载力评估提供数据支撑。【方法】以木结构建筑常用进口兴安落叶松和花旗松以及强度等级较高、具有结构用材潜在应用价值的国产速生杨木3种木材为研究对象,采用环境试验箱内充满氮气的方法模拟绝氧环境,在20、50、70、110、150、200、220、250和280℃共9个温度水平下测试216个试件的顺纹抗剪强度,以及150、180和200℃下木材主要化学组分变化。【结果】木材顺纹抗剪强度随着温度升高而降低,常温时兴安落叶松、花旗松和杨木的顺纹抗剪强度分别为9.65、8.94和9.48 MPa,温度升至150℃时,分别降至初始值的60.7%、68.0%和65.6%,当温度高于150℃时,木材顺纹抗剪强度下降速度加快,280℃时兴安落叶松、花旗松和杨木的顺纹抗剪强度分别为1.05、0.91和0.61 MPa,仅为初始值的9.0%、10.2%和6.4%;木材主要化学组分中纤维素热稳定性最高,半纤维素热稳定性最低,常温时兴安落叶松、花旗松和杨木的半纤维素含量分别为25.3%、25.7%和16.3%,150℃时半纤维素开始热解,其含量减少1.3%~9.1%,温度升至200℃时热解加剧,其含量分别降低29.4%、18.6%和25.9%,高温中半纤维素严重热解是导致木材顺纹抗剪强度降低的主要因素;随着温度升高,密度对木材顺纹抗剪强度的影响逐渐降低,常温时木材抗剪强度-密度关系系数为14.2 MPa·(g·cm^(-3))^(-1),当温度高于200℃时,抗剪强度-密度关系系数降至1.1~3.1;高温中3种木材的相对顺纹抗剪强度劣化规律相似。【结论】高温对木材顺纹抗剪强度具有显著劣化作用,其主要原因是木材半纤维素含量大幅度降低;试验采用绝氧方式导致木材顺纹抗剪强度高温折减系数较欧标规定小;基于试验数据,提出绝氧条件下木材顺纹抗剪强度高温劣化模型。