国产胶合木柱生产碳排放量测算及碳减排研究

碳排放量是评估胶合木生产环境影响的重要指标,现有碳排放数据多引用国外和基于理想模型测算,难以真实反映我国当下生产条件碳排放水平。以赤松(Pinus densiflora)胶合木柱为研究对象,基于现场调研分析胶合木柱生产工艺过程的碳排放源,从辅料、能源两个方面建立碳排放边界模型和物料清单,计算产品碳排放量,并分析生产过程碳排放特征,从生产工艺角度提出减碳方式。结果表明:胶合木柱的碳排放量为330.16 kgCO_(2)e/m^(3);锯材生产阶段、胶合木及木柱制作阶段的碳排放量分别占总量的78.5%和21.5%;窑干、接长、施胶、搬运经优化后,可实现碳减排44.3%,优化效果显著。

外贴CFRP板对胶合木柱轴压性能的影响

为解决胶合木柱在轴心受压状态下易出现脆性破坏的问题,同时提高胶合木柱承载力,设计并研究碳纤维增强复合板CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics Board)板布置方式和配置率对胶合木柱轴心受压性能的影响。对15根胶合木方柱进行轴压性能试验,分析试件柱破坏形态、极限承载力、荷载-纵向位移曲线、延性系数和柱中荷载-应变曲线等。研究结果表明,外贴CFRP板增强法可提高试件极限承载力与刚度,增强柱承载力提高幅度为4.31%~18.77%,在CFRP板布置方式相同的情况下,平均极限承载力随着CFRP板配置率的增加而提高;在CFRP板配置率相同的情况下,承载力提高幅度分散布置略大于集中布置;增强柱延性系数提高幅度为11.23%~27.59%,延性系数随CFRP板配置率的增加而增大,集中布置提升效果优于分散布置。樟子松胶合木与CFRP板具有良好的协同作用,可以达到共同工作的效果。

木质摩擦转动节点连接胶合木框架抗震性能试验研究与理论分析

传统钢填板连接胶合木框架在地震作用下梁端、柱端易发生劈裂破坏导致修复困难。该文研发了一种由木质摩擦转动梁柱节点与配置柱靴柱脚节点组成的新型胶合木框架,并分别对1/2缩尺单层单跨的一榀传统胶合木框架与一榀新型胶合木框架试件进行低周反复荷载试验,研究两类胶合木框架在破坏形态、滞回性能、耗能能力等方面的区别。结果表明:在侧向变形较小时,两类胶合木框架均无明显破坏,但随着变形增大,传统胶合木框架梁端发生明显劈裂破坏,而木质摩擦转动节点连接胶合木框架基本完好,震后可继续正常使用或易于修复;木质摩擦转动节点连接胶合木框架在承载力、刚度基本与传统胶合木框架接近时,其耗能性能显著提升,等效黏滞阻尼系数提升了约1倍。通过理论分析建立了木质摩擦转动节点连接胶合木框架的滞回模型,模型计算结果与试验结果吻合良好。基于上述结果,所研发木质摩擦转动节点连接胶合木框架可在进一步研究后推广应用。

带裂缝胶合木梁柱螺栓-钢填板加固节点的抗弯性能研究

对于带裂缝胶合木梁柱螺栓-钢填板连接节点,提出了运用钢箍、碳纤维布和自攻螺钉三种加固方案。在考虑裂缝影响的基础上,利用ABAQUS有限元软件对加固节点进行精细化模拟,分析加固节点的应力分布与变形情况,研究加固节点的抗弯性能,并与完好节点、未加固带裂缝节点进行对比。结果表明,加固节点的承载力和刚度可有效恢复,不同加固节点的抗弯承载力可恢复至完好节点的954%-1018%,初始刚度可恢复至完好节点的979%-1026%,其中抗弯承载力相比于未加固节点提高约644%-756%。另外,钢箍、碳纤维布和自攻螺钉均可有效地限制既有裂缝发展,提高加固节点的延性,恢复节点的耗能能力。

螺栓排列对内填钢板胶合木梁柱和梁式节点力学性能的影响

为研究螺栓排列方式对内填钢板胶合木节点力学性能的影响,对螺栓齐列、错列的胶合木梁柱节点及梁式节点进行单调加载试验。探讨节点失效模式及破坏机理,获得该类节点的弯矩-转角及荷载-位移曲线,并对节点的刚度、延性、承载能力进行分析。试验结果表明,除加载初期,螺栓与螺孔之间因初始空隙发生接触的低刚度段外,节点受力过程大致可分为弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。螺栓错列可以提高梁柱节点及梁式节点的受弯、抗拉承载力和极限变形:其屈服弯矩和抗拉屈服荷载相较于螺栓齐列梁柱节点及梁式节点,分别提高了35%和7.1%。螺栓错列梁柱节点在塑性阶段变形较小,其延性系数约为螺栓齐列梁柱节点的71%;螺栓错列梁式节点的塑性变形较大,延性较好,抗拉延性系数为螺栓齐列梁式节点的2.79倍。

偏心距对胶合木空心柱受压性能的影响

【目的】为探讨落叶松胶合木空心柱的偏心受压性能,【方法】对7组不同偏心距的试件进行单向偏心受压承载力试验,研究胶合木空心柱的破坏模式、破坏机理、承载力、荷载-应变关系、荷载-挠度关系,并将偏心受压柱与轴心受压柱进行对比。通过考虑柱中侧向挠度来增大偏心压力产生的弯矩,提出了胶合木空心柱偏压承载力计算公式。【结果】小偏心受压柱破坏模式为弯曲凹侧木材被压屈,产生纵向裂缝,弯曲凸侧木材没有明显的破坏;大偏心受压柱破坏模式为弯曲凹侧木材压屈,纵向开裂,弯曲凸侧木材被拉断破坏。偏心距为30~100 mm的试件,其极限承载力分别下降至轴心受压试件承载力的61.51%~31.16%。偏心受压柱承载力改进公式计算结果与试验值相差在10%以内,比目前我国木结构设计标准及胶合木结构技术规范公式的计算更准确。【结论】空心柱大小偏心的界限偏心率约为0.6。大偏心受压破坏与小偏心受压破坏不同的是:弯曲凸侧有明显的破坏现象,且破坏比较突然;试件承载力迅速降低,挠曲变形较大。随着偏心距增加,木柱的承载力逐渐降低,但下降幅度减小。从荷载-应变关系、荷载-挠度关系曲线中可以看出,空心胶合木柱具有一定的塑性变形能力,满足工程用材的要求。研究成果可为工程设计提供理论参考。

木梁柱螺栓钢填板节点转动性能理论计算方法

文章首先通过单调加载试验研究胶合木梁柱螺栓钢填板节点在弯剪复合作用下的转动性能,随后基于Johanson屈服模型提出胶合木梁柱钢填板螺栓节点在弯剪复合作用下的极限承载力和节点刚度的计算方法;同时提出节点弯矩转角曲线的理论预测模型。理论计算与试验结果相比具有较高的准确性。最后,基于节点承载力的理论计算方法分析节点抗剪承载力随剪弯比的变化规律。试验和计算结果表明:文中所提出的节点极限承载力计算方法、刚度计算方法和弯矩转角曲线理论预测模型均与试验结果较为吻合;随着节点剪弯比的增大,节点的附加弯矩减小,节点抗剪承载力增大。节点在纯剪状态下抗剪承载力最大,节点的附加弯矩将降低节点的抗剪承载力。通过节点承载力理论计算方法能得到节点的抗弯承载力-抗剪承载力曲线,可为木梁柱螺栓钢填板节点的设计提供依据。

预应力胶合木梁柱节点的抗侧力性能研究

本文对一种安装预应力钢绞线的新型重型胶合木梁柱节点的抗侧力性能进行了研究,该节点通过对钢绞线施加预应力产生自复位能力,并设计一种特制"钢帽"作为耗能件,安装于梁端。为探究该试件性能,采用单调加载和低周往复加载的方式,得到试件的承载力、耗能性能、破坏模式和抗侧性能等。结果表明:节点具有良好的变形能力,加载过程中,特制"钢帽"作为主要耗能件,提供较好的耗能能力,钢绞线在加载全程均处于弹性状态。该设计达到设计目标,试件耗能及自复位性能良好。

粘贴TiO_(2)接枝改性亚麻纤维对胶合木柱轴压性能的影响

以樟子松锯材为基材制作27根正方形普通胶合木柱(柱横截面尺寸100 mm×100 mm、柱长700 mm,倒角半径为5 mm),其中3根为对照柱(未粘贴增强材料);采用101号亚麻纤维坯布制作的TiO_(2)接枝改性亚麻纤维布为增强材料,以螺旋间隔、螺旋连续、环向间隔、环向连续粘贴形式粘贴3层和6层制作增强胶合木柱各3根(24根);应用量程100 mm的位移计测量试件在轴压状态下的整体位移,设置应变片测量试件加载过程中的变形量;在2000 kN微机控制电液伺服万能试验机上进行轴压性能试验,测试并计算破坏形态、极限承载力、延性系数及荷载-位移、荷载-应变曲线,分析不同粘贴层数和粘贴形式的TiO_(2)接枝改性亚麻纤维对胶合木柱轴心受压性能的影响。结果表明:采用改性亚麻纤维增强胶合木柱,可提高其极限承载力与刚度。当粘贴层数相同时,连续粘贴形式对胶合木柱的承载力提高幅度,大于间隔粘贴形式;而环向粘贴形式的增强效果,优于螺旋粘贴形式。在粘贴形式相同时,平均极限承载力随着改性亚麻纤维布粘贴层数的增加而提高。增强柱平均延性系数提高幅度介于10.22%~68.17%之间,其中间隔粘贴组的延性系数随层数的增加而减小,而连续粘贴组的延性系数随粘贴层数的增加而增大。

空心胶合木柱轴心受压性能研究

【目的】节能环保理念越来越受关注,木材作为绿色环保的可再生建筑材料可应用在工程中,目前国内木建筑中应用的木柱主要局限于原木圆柱,为了提高木材利用率,同时降低成本,改善受力性能,满足工程需要,提出一种新型的空心胶合木柱,并进行试验研究分析。【方法】使用相同尺寸拱形锯材作为骨架,利用环氧树脂胶粘剂进行胶合,制作3根空心胶合木柱试件进行轴心加载受压试验,研究空心胶合木柱的轴压力学性能,在试验过程中通过仪器记录应变、应力和位移等数据,主要分析木柱的竖向与横向应变、竖向与侧向位移、稳定承载力等特性,并利用ABAQUS有限元软件进行建模对比分析,探讨木柱最终破坏特征。【结果】空心胶合木柱破坏形态主要是整体压屈破坏,达到极限荷载80%左右时,承载能力快速下降,侧向位移随荷载增加而迅速增大,加载过程中存在多个增长台阶;与同截面积原木圆柱比较,理论承载力提高了4.3%,计算得承载能力稳定系数为0.9,材料缺陷对轴心承载力有影响;通过有限元建模分析,材料在弹性阶段理论值与试验值吻合程度较好。【结论】空心胶合木柱应用在实际工程中是可行的,能够满足工程使用需求,充分利用小型锯材,提高了木材利用率,降低了成本,相较于原木圆柱受力性能更好。

木节对轴心受压胶合木柱稳定承载力的影响

采用压杆挠曲线法分析了木节对轴心受压胶合木柱稳定承载力的影响,分析时考虑了初弯曲、初偏心以及木节和木材本构的弹塑性等因素的影响。在考虑木节的影响时,模型中将截面分为木节区、木节影响区和无影响区,3个区域分别采用不同的本构模型,木节区的位置由自编程序随机产生,以模拟实际工程中木节在构件中的随机分布。分别计算了木节率为2%、6%和9%时的稳定系数φ。计算结果表明,木节会在一定程度上降低轴心受压胶合木柱的稳定承载力。数值计算结果和试验数据的对比表明,数值计算结果与试验结果吻合较好。

胶合木空心柱偏心受压力学性能试验研究

为了提高木柱的承载力,提出了一种以兴安落叶松锯材为原材料、使用结构胶粘接形成的胶合木空心截面柱构件。制作了4组共12根胶合木柱试件,通过模型试验分析空心柱在偏心受压状态下的破坏过程、破坏模式与机理,以及承载力、应变、挠度变化规律,并采用实心胶合木柱做对比试验。研究结果表明:同体积材料、同柱高且偏心率相等时,空心柱相比实心柱,其承载力平均提高了20.02%,抗侧移刚度明显增加;偏心受压空心截面柱的破坏模式为首先受压侧木材屈服出现褶皱、然后柱子中部侧面出现竖向裂缝,最终被压溃;实心截面柱首先受压侧木材屈服出现褶皱,然后受拉侧开裂、木材被拉断,发生弯曲拉压破坏。研究成果可为胶合木空心截面柱设计提供理论依据。

斜螺钉连接胶合木梁柱节点抗侧性能研究

设计了一种适用于装配式胶合木建筑的新型梁柱斜螺钉连接节点。采用全螺纹自攻螺钉将金属钢板和梁、柱分别连接,通过高强度螺栓完成梁和柱的基础连接。试验表明:3组斜螺钉连接胶合木梁柱节点低周反复试验得到的弯矩-转角滞回曲线,在拉向和压向加载循环中基本对称,呈"反S形",转角较大时,表现出一定的"捏缩"现象,随着循环次数的增加,骨架曲线的斜率逐渐减小,出现了刚度退化,表明节点在反复荷载作用下因累积吸收的能量而产生损伤;全螺纹自攻螺钉可以有效地将胶合木梁柱节点处的荷载传递到胶合柱的内部,具有较强的抗侧承载性能;节点在变形角1/100循环前,耗能能力处于较低水平,随着转角的增大,耗能能力明显增强,直至最后循环,节点仍保持较强的耗能能力。

带隅撑胶合木梁-双肢柱框架结构节点抗震性能试验研究

针对胶合木梁-柱节点抗弯能力弱的问题,提出了一种带隅撑的胶合木梁-双肢柱框架结构节点,以提高节点的转动刚度,改善梁柱结构框架的抗侧性能。对3组6个足尺胶合木梁-双肢柱框架结构节点进行了单调和低周反复加载试验以研究节点的抗震性能。结果表明:无隅撑节点类似于铰接,抗弯承载力很小,增设隅撑后显著提高了节点的转动刚度和抗弯承载力,可分别提高7.71倍和6.80倍;带隅撑节点具有较好的耗能和变形能力,隅撑截面大小对节点转动性能有显著影响,采用较小截面隅撑的节点抗弯承载力降低不多,但延性提高,累计耗能提高,破坏始于隅撑,对抗震性能的提升效果更好;最后,提出了改进节点构造的优化措施。

基于粘性区模型的胶合木梁柱节点开裂研究

通过数值模拟的方法,采用粘性区模型(cohesive zone model, CZM)研究了胶合木梁柱内嵌钢板-螺栓连接节点在单调荷载作用下的力学行为和开裂位移。在CZM中,通过横纹拉伸破坏(模式Ⅰ)、顺纹剪切破坏(模式Ⅱ)和两者的混合破坏模式(模式m)三种不同的模式,模拟了胶合木梁柱节点的横纹拉伸强度和顺纹剪切强度。结果表明,当加载位移达到1.2Δ~1.6Δ(Δ=90mm)时,胶合木梁柱节点上部,在木材顺纹方向沿两排螺栓连线位置发生横纹劈裂破坏。将数值模拟结果和已有试验结果进行了对比分析,发现二者具有很好的一致性,证明CZM在模拟胶合木梁柱节点的力学行为和开裂位移方面具有很好的适用性。

玻璃纤维加强型胶合木梁柱植筋节点受力性能研究

针对胶合木梁柱纯植筋节点的延性及耗能不足问题,提出采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的加强型梁柱植筋节点,以使植筋有效发挥作用,改善节点受力性能。运用ABAQUS软件分析了纤维布粘贴方式、层数对植筋节点受力性能的影响,确立合理的粘贴方案后,采用试验与数值模拟相结合的方式,对比分析有、无加强型胶合木梁柱植筋节点在低周往复荷载作用下的破坏形态及滞回性能。结果表明:玻璃纤维增强复合材料对节点的加强效果明显,节点延性和耗能均得到有效改善;但在保证植筋节点承载力达到预期目标的情况下,有必要根据设计承载力要求合理控制GFRP的粘贴层数,以避免浪费。

胶合木梁柱钢填板节点标准化设计与承载力试验研究

螺栓-钢填板连接是现代胶合木结构最为常用的节点形式。为研究一种用于胶合木梁柱连接的标准化钢填板节点的承载力,对4组标准化U形钢填板的足尺节点进行了单调与单向重复加载试验。试验结果表明:随着钢填板尺寸增大,节点的初始刚度和极限承载力明显提高;达到最大荷载时,节点发生木材劈裂破坏。依据试验结果得到节点屈服承载力与极限承载力试验值,并对屈服承载力与极限承载力进行计算分析。屈服承载力标准值分别根据欧洲规范EN 1995-1-1:2004与中国GB 50005—2017《木结构设计标准》中公式计算,与试验值拟合匹配度R^(2)分别为0.07与-0.74,其中按EN 1995-1-1:2004得到的计算结果与试验值更接近,而根据GB 50005—2017计算得到的屈服承载力标准值较试验承载力偏低。通过基于LEFM理论的EN 1995-1-1:2004计算得到极限承载力,其中柱端屈服破坏承载力均小于梁端的,因此屈服承载力标准值取决于柱端屈服破坏承载力,且与试验承载力更接近,与试验值拟合匹配度R^(2)=-0.31。此外,提出极限承载力计算的半经验半理论公式,计算结果与试验值拟合匹配度R^(2)=0.82。

分片式型钢-螺栓胶合木梁柱节点转动性能试验研究

胶合木框架结构中常采用钢填板-螺栓连接节点,但其易在梁上出现木材横纹劈裂和顺纹剪切脆性破坏,为解决此问题,提出分片式型钢-螺栓胶合木梁柱节点形式,通过在钢填板上下增设翼缘来限制木材横纹裂缝发展。为量化其转动性能,对柱中、柱端2组共6个足尺节点开展了低周反复加载试验。试验结果表明:相比于普通钢填板-螺栓连接节点,分片式型钢-螺栓胶合木梁柱节点的受弯承载力、相对受弯承载力系数、初始刚度、延性系数分别提高了98%、57%、71%、62%。基于节点受力机理和欧洲规范相关计算方法,提出了分片式型钢-螺栓节点的受弯承载力和初始刚度的计算方法,计算结果与试验结果误差最大为13.2%。

落叶松胶合木柱轴心受压性能研究

目前国内对速生材落叶松胶合木柱的研究主要局限于短柱,为了研究中长柱和长柱的轴压力学性能,对5组不同长细比的落叶松胶合木柱进行试验研究,分析其竖向应变、横向应变、侧向位移、极限承载力等随长细比的变化规律,探讨长柱的破坏形态和破坏机理。试验结果表明:随着长细比的增加,胶合木长柱的极限承载力逐渐降低,并且逐渐由强度破坏转变为失稳破坏。在落叶松胶合木短柱试验结果的基础上,通过回归分析得到了长柱极限承载力折减系数经验算式,并与GB 50005—2003《木结构设计规范》进行对比,为国产速生材落叶松胶合木柱的设计和推广应用提供借鉴。

单调与低周反复荷载作用下胶合木梁柱延性抗弯节点试验研究

为研究带耗能连接件的混合式植筋胶合木梁柱节点的抗震性能,对9组16个胶合木梁柱植筋节点试件进行单调与低周反复荷载试验研究。对混合式植筋节点的破坏形态、试验现象、受力性能、延性和耗能能力等进行分析,并将其与纯植筋节点进行对比。结果表明：混合式植筋节点与纯植筋节点承载力相差不大,弹性抗侧刚度相对稍低,但刚度退化要比纯植筋节点小;混合式植筋节点位移延性系数达到2.2-5.1,延性性能较好;与纯植筋节点相比,混合式植筋节点滞回环的捏拢效应相对较轻,且其残余变形显著减小,说明带耗能连接件的植筋节点具有较好的耗能能力和变形恢复特性。对比纯植筋节点,引入耗能连接件后,混合式植筋节点受力及抗震性能变化不大,但其承载力与刚度维持在较高水平且可控制。带整体式耗能连接件的J2、J3组试件的耗能能力和变形恢复能力较强,而带分离式耗能连接件J4组试件的耗能能力与变形恢复能力相对差些。