高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响

【目的】研究高温预处理对足尺胶合木梁力学性能的影响,明确高温热改性和环境湿度对木材平衡含水率、木材顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度的影响规律,揭示高温预处理对胶合木梁抗弯性能影响的作用机制,为高温热改性技术在木结构领域中的应用提供参考。【方法】以高应力等级的兴安落叶松为研究对象,采用工业化热处理技术对落叶松木材进行高温热改性,以高温热改性后的落叶松木材为层板,制备12个足尺胶合木梁。基于EN 408标准四点弯曲方法,分析高温热改性和环境湿度对胶合木梁抗弯弹性模量、抗弯强度、破坏模式、跨中截面荷载-应变曲线和跨中截面应变分布规律等抗弯性能的影响。【结果】高温热改性会在一定程度上降低胶合木梁的抗弯强度,但可明显提高高湿度条件下胶合木梁的抗弯弹性模量,与90%环境湿度下未处理胶合木梁相比,高温热改性后,同湿度下胶合木梁的抗弯强度降低29.79%,抗弯弹性模量提高23.71%;高温热改性可降低胶合木梁抗弯弹性模量对环境湿度的敏感性,环境湿度从60%提高到90%,未处理胶合木梁的抗弯弹性模量降低23.27%,经高温热改性预处理的胶合木梁抗弯弹性模量降低7.55%;60%和90%环境湿度下的荷载-位移曲线和跨中截面应变分布曲线表明,胶合木梁在高湿环境中具有更明显的非线性特性,高温预处理后的胶合木梁表现为线弹性。环境湿度对胶合木梁的抗弯性能具有较为明显的劣化作用,90%湿度下胶合木梁抗弯强度和抗弯弹性模量分别为43.98 MPa和12.191 GPa,比60%湿度下未处理胶合木梁低17.07%和23.27%;环境湿度对木材平衡含水率影响明显,高温热改性是降低木材平衡含水率的有效措施,环境湿度从60%提高到90%,高温热改性处理后落叶松木材平衡含水率分别从10.74%和20.62%降至4.76%和11.18%。【结论】60%和90%环境湿度条件下,未处理胶合木梁为拉伸破坏,高温热改性构件为拉剪联合破坏,高温热改性后材料的顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度降低是材料破坏模式改变的根本原因。高温热改性后胶合木梁在高湿环境条件下抗弯弹性模量明显改善。

指接足尺层板胶合木梁抗弯试验研究

目前层板胶合木梁的研究主要按照国家规范进行标准尺寸的抗弯强度试验,不能为工程中常用的大尺寸、小跨高比的胶合木梁的力学性能提供依据。针对这一问题,设计制作了3组不同梁高指接足尺层板胶合木梁,对其进行抗弯性能试验研究,着重对其抗弯性能、破坏形态及机理进行探讨,并分析截面高度对其力学性能的影响。结果表明:足尺层板胶合木梁有纯弯段梁底纤维拉断、弯剪段梁底指接纤维拉断及脱胶三种弯曲破坏形式。排除胶接质量的影响,梁高为300mm和400mm时为梁底纤维拉断破坏,梁高为500mm时为弯剪段梁底指接纤维拉断破坏,且均为脆性破坏。胶合质量是影响木梁抗弯强度的主要因素,木节、指接位置及梁高对其抗弯性能及破坏形式均有一定影响;在保证胶结质量的前提下,层板胶合木梁具有较稳定的抗弯承载力及弹性模量,且其抗弯承载力随着梁高的增大而逐渐减小。研究结果具有较强的工程应用价值,可为层板胶合木梁的工程设计及应用提供参考。