木构件腐朽程度的试验研究

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腐朽会导致木构件的物理、力学性能下降,是影响木结构耐久性的主要因素。但目前对于腐朽的研究大多集中在木材材料层面,并主要以失重率作为衡量指标,而从结构工程中评价腐朽木构件的剩余承载力以及剩余寿命预测的角度,腐朽深度是衡量腐朽程度更为重要的指标,并且初期腐朽阶段更具研究价值。因此,找到能反映木构件性能退化的腐朽程度量化的检测指标并找出其随时间的变化规律,对于既有木结构的耐久性评定具有重要意义。为了探究木构件腐朽程度随时间的变化规律,本文将恒温恒湿环境下室内人工加速腐朽试验与无损检测技术相结合,进行了为期84天的加速腐朽试验。试验程序包括菌种选用及培养基配制、培养箱改造、接种前准备、接种过程、培养及试样受菌腐朽等,每腐朽14天对试样进行目测腐朽等级、失重率测定、力学性能试验和利用木材阻抗仪进行无损检测。通过对阻抗曲线详细的分析,找到了适用于表面轻微腐朽试样判别腐朽区与健康材区段临界点的标准,提出了用腐朽区阻抗均值与健康材区段阻抗均值之比(即阻抗率),来表征试样腐朽后的腐朽深度变化,得到了较为理想的结果。试验结果表明:阻抗率退化率随腐朽时间呈现幂函数上升趋势,其上升速率逐渐减缓,在腐朽84天时,退化率显著;试样的三项力学性能(抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度)的退化率随腐朽时间呈现显著的幂函数上升趋势,其中抗弯弹性模量的退化率最高,腐朽84天时可达到20%,抗弯强度与顺纹抗压强度的退化率略低且速率较为接近,在腐朽84天时分别达到15%、14%。失重率随腐朽时间的变化趋势不显著,且在腐朽84天仅为1.60%。失重率、力学性能、阻抗率三项检测指标的相关性分析表明:试样力学性能退化率与阻抗率退化率、失重率之间呈明显线性关系,且与阻抗率退化率的相关性显著,其中抗弯弹性模量退化率指标约为阻抗率退化率指标的0.72,抗弯强度与顺纹抗压强度十分接近,分别为阻抗率退化率指标的0.54、0.52,而力学性能退化率与失重率相关性略低。因此,木构件的力学性能与阻抗率是表征腐朽变化程度的更为可靠的检测指标。腐朽深度在实际工程中往往不易直接检测获得,且腐朽沿构件长度以及截面分布有很大随机性。因此,本文提出了等效腐朽深度的概念,它可通过获得的检测指标,如力学性能、阻抗率、失重率推算求得。由力学性能退化率推算得到的等效腐朽深度,随腐朽时间呈显著的幂函数上升趋势,并且由顺纹抗压强度推算求得的等效腐朽深度比抗弯弹性模量以及抗弯强度推算得到的结果大,由以上三个指标推算得到的腐朽84天时试样的等效腐朽深度分别为2.83mm、1.38mm、1.54mm;由阻抗率推算腐朽84天时试样的等效腐朽深度达到2.54mm;由失重率推算的等效腐朽深度规律性不强,随腐朽时间的变化没有明显的趋势。通过对多个检测指标的推算结果进行对比,找到最为可靠的评判指标,并在此基础上建立了恒温恒湿环境下木构件腐朽深度的时变模型,同时,结合文献研究成果,探讨了室内变温湿度以及自然环境下木构件腐朽深度随时间的变化趋势。
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