胶合木(Glulam)是一种最常见的工程木产品(Engineered Wood Product),既保留了木材的天然纹理又具有良好的力学性能,因此广泛应用于木结构建筑中,且往往采用弧形受弯构件的形式(曲梁)。由于木材的横纹抗拉强度很低,胶合木曲梁在荷载作用下产生的横纹拉应力会导致横纹受拉破坏。在正常使用过程中,胶合木构件周围环境空气相对湿度会因气候变化和人类活动等影响而变化,吸湿和解吸过程使胶合木构件内部含水率不均匀分布导致梁内各点干缩湿胀变形不同,从而产生湿度应力。当胶合木曲梁受荷载和湿度变化的共同作用时,荷载产生的横纹拉应力与湿度横纹拉应力叠加,会降低胶合木曲梁的承载力。因此,开展湿度变化和荷载共同作用下胶合木曲梁的长期性能研究具有理论意义与实用价值。本文先对足尺东北落叶松胶合木曲梁进行了三分点加载抗弯试验,验证了胶合木曲梁发生横纹受拉脆性破坏的破坏模式,并获得了由该破坏模式决定的胶合木曲梁短期承载力,为长期承载试验提供了依据。然后在人工气候实验室内开展了胶合木曲梁环境湿度变化和荷载联合作用下的长期承载试验Ⅰ和长期承载试验Ⅱ,试验结果表明环境湿度变化引起的湿度应力与荷载应力叠加造成曲梁长期承载力下降明显。为获得有限元分析所需的材料参数,还开展了东北落叶松木材的Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性试验和横纹抗拉强度、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度及弹性常数试验。建立了考虑木材热胀冷缩、湿胀干缩、粘弹性蠕变、机械吸附蠕变、破坏模式、各向异性损伤和荷载持续时间效应的本构关系模型。采用简化的Luikov传热模型和Fick第二定律分别建立了温度和水分传输方程。采用Kelvin链模型描述木材的粘弹性蠕变,并采用与含水率变化率相关的机械吸附柔度矩阵来描述木材机械吸附蠕变。在木材三个材料主方向上建立了相互独立的强度准则,并引入9个损伤因子来描述木材的应变软化,从而实现了木材受拉或受剪发生脆性断裂、受压发生塑性变形的模拟。利用Fortran语言开发了用户材料子程序UMAT,实现了所建立的木材本构关系模型在有限元软件ABAQUS中的嵌入。采用ABAQUS建立了胶合木曲梁有限元模型,计算分析了胶合木曲梁短期承载力试验和长期承载试验,揭示了在试验的温、湿度条件下,湿度应力的幅值及分布规律,并实现了荷载和环境湿度变化共同作用下胶合木曲梁横纹受拉破坏的模拟并较准确地预测了破坏发生的时间。还基于线弹性断裂力学理论,建立了木材的开裂准则和裂纹扩展准则,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method)模拟了胶合木曲梁在荷载作用下横纹受拉破坏时裂纹的产生和扩展过程。提出采用湿度横纹应力积分来综合度量湿度横纹应力的大小和作用范围。以含水率影响深度来表示环境相对湿度变化导致梁内含水率剧烈变化的影响范围和含水率波动的衰减。通过有限元参数分析研究了胶合木曲梁横截面宽度、相对湿度变化周期、幅值和循环次数对湿度横纹应力的影响规律。提出了等效湿度横纹应力的概念,并提出了湿度横纹应力与荷载产生的横纹应力叠加的简化方法判断荷载和湿度变化共同作用下胶合木曲梁是否横纹受拉破坏的方法。分析了中国典型气候区代表性城市的年相对湿度变化产生的湿度横纹应力的幅值和变化规律,为在我国各典型气候类型区内考虑湿度应力影响的胶合木曲梁设计提供了参考。