正交胶合木(CLT)双向板受力性能试验研究

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近年来,随着国家在节能减排方面的要求提高,以及大力倡导使用新型绿色材料,木材作为一种传统的绿色环保建材逐渐受到人们的重视。为解决当前我国现代工程承重木构件的设计制造技术难题,自主建造重型木结构桥梁与房屋等提供技术支撑,本文基于欧美近些年来兴起的新型工程木产品正交胶合木(Cross laminated-timber,CLT)技术,提出了一种适用于桥面板双向受力的正交胶合木双向板构件。选用兴安落叶松层板和聚氨酯结构胶加工制作了两种不同组坯方式的CLT双向板构件,采用试验与理论分析相结合的方法,研究其力学性能,所得成果可供工程应用参考。主要研究内容与成果如下:1)设计制作了按3层板与4层板胶合两种不同组坯方式的CLT双向板,进行了跨中集中荷载作用下四边简支CLT双向板的抗弯试验,观测破坏形态与跨中竖向挠度、应变数据。揭示了 CLT双向板弯曲破坏机理及荷载-挠度、荷载-应变规律,分析比较了不同组坯方式对CLT双向板弯曲性能的影响。结果表明:受弯时均发生板底部横纹受拉破坏,横纹裂缝出现在底板跨中附近,破坏前板底部均出现裂纹及声响,属脆性破坏。四层板和三层板相比较,受弯承载力提高了22.7%,抗弯刚度提高了 28.5%,试验表明在厚度相同的情况下,采用四层组坯胶合板的承载能力大于三层板。2)运用正交各向异性弹性薄板理论对CLT双向板进行了弹性阶段挠度分析和承载力的计算,并与试验结果进行了比较。结果表明:在弹性阶段三层板与四层板的挠度理论计算值与试验值相差分别为12.4%、-2.97%,数值符合情况良好,这表明所采用的计算方法是合理、可靠的。3)采用Abaqus有限元软件建立CLT双向板模型,分析荷载作用下板的跨中挠度、应力应变等数据,从理论分析上进一步揭示了四边简支CLT双向板的的受力破坏机理;并且分析了胶合层数、边界条件及长宽比等参数变化对CLT双向板弯曲性能的影响。结果表明:两组CLT试件的挠度和底板破坏横纹拉应力的有限元模拟值与试验测试值相近,试验结果与有限元分析结果吻合较好。板叠合层数越多,集中荷载作用下挠度越小,但胶合层数过多时,对其抗弯强度提升作用有限;四边支承时,双向板的挠度要小于对边支承,此时CLT板的双向力学性能可以得到更好的发挥;落叶松CLT双向板构件的长宽比在2:1以内时,不管是对边简支还是四边简支,双向板构件的挠度随着长宽比的增加而增大。
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