內(nèi)力臂對膠合木張弦梁受彎性能影響的分析

李嘉儀　胡云強　高　旭　劉翰然　王文博

(東北林業(yè)大學土木工程學院,黑龍江 哈爾濱　150040)

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內(nèi)力臂對膠合木張弦梁受彎性能影響的分析

李嘉儀胡云強高旭劉翰然王文博

(東北林業(yè)大學土木工程學院,黑龍江 哈爾濱150040)

摘要：為使木梁達到全截面受壓的理想狀態(tài)，提出一種新型的錨固裝置來改變端部力臂的大小，使用SAP軟件建立了SPF木梁分析模型，分析了在相同預應力作用下，內(nèi)力臂對SPF木梁承載能力及變形性能的影響程度，結(jié)果表明：增大內(nèi)力臂有利于木梁充分發(fā)揮其受壓強度，達到了增大其抗彎能力的效果。

關鍵詞：木梁，錨固裝置，內(nèi)力臂，承載力

1概述

近年來，隨著經(jīng)濟的穩(wěn)定快速發(fā)展，人們開始更加注重生活質(zhì)量。同時迎合國際主流的環(huán)保理念，在居住方面，木結(jié)構(gòu)建筑被重新作為人們的著重關注點。木材以其豐富的資源儲備、良好的綠色環(huán)保性能、耐久抗震的優(yōu)點被認為最佳新型建筑材料。膠合木主要沿順紋疊層膠合的木制品，層板膠合木組成的梁、柱稱為膠合木結(jié)構(gòu)。膠合木結(jié)構(gòu)用普通膠合木梁時的破壞形式一般為脆性破壞，破壞時梁的撓度較大。目前，國內(nèi)外關于膠合木梁的研究尚不夠充分。國內(nèi)有關學者主要分析了影響工程木梁結(jié)構(gòu)性能的各種因素；國外的研究主要體現(xiàn)在加強膠合木強度的新型材料的探索。在以往的研究中，已對膠合木梁施加預應力的絲扣擰張橫向張拉方式進行研究，但仍沒有實現(xiàn)全截面受壓，為此，提出一種新型的錨固裝置改善膠合木梁的受力性能至關重要。

本文通過對實驗木梁端部設置錨固裝置同時改變鋼筋的位置來分析內(nèi)力臂對木梁受彎性能的影響。若可以通過此種錨固裝置，找到端部力臂與抗彎能力的關系，改善膠合木梁的受力狀態(tài)，會讓我們可以更加合理的利用材料，推動此類構(gòu)件的廣泛應用。

2實驗內(nèi)容

2.1實驗梁參數(shù)

本次實驗梁材料為SPF木材，尺寸為3 000×100×100的矩形木梁，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。每根梁底設置兩根鋼筋，鋼筋均為1570級預應力鋼絲，鋼絲直徑7 mm。預應力的施加方式是通過一端固定一端旋轉(zhuǎn)螺帽，預應力的大小通過螺桿的伸長量來控制。

2.2實驗原理

本次實驗將實驗梁分為A,B兩組，每組3根梁；然后將實驗梁得到的內(nèi)力數(shù)據(jù)與對照木梁進行對比研究。A組通過對比在相同端部錨具至梁底的距離，施加相同的預加力，改變?nèi)贮c處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x所得到的代表承載力值，得到三分點處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x對配筋膠合木梁受力狀態(tài)的影響。B組通過對比在施加相同預應力的情況下，保證三分點處的增量相同，改變端部錨具至梁底的距離所得到的代表承載力值，得到變端部錨具至梁底的距離對膠合木梁受力的影響。

2.3實驗方案

A組在木梁兩端全截面內(nèi)設置錨具，通過改變?nèi)贮c處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x，探究鋼筋布置位置對木梁的承載能力和變形的影響,具體數(shù)據(jù)見表1。B組是通過改變端部錨具至梁底的距離，等程度的增加三分點處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x，探究錨具布置位置對木梁的承載能力和變形的影響，具體數(shù)據(jù)見表2。

2.4加載方式

利用千斤頂施加外荷載，采用三分法加載方式，對木梁的1/3截面、2/3截面進行施加外荷載F，外荷載施加方式如圖2所示。記錄每組各片實驗木梁在極限荷載狀態(tài)下的最大應力及撓度值，進而將實驗梁數(shù)據(jù)與原梁進行分析，具體現(xiàn)場加載見圖3。

3建立結(jié)構(gòu)模型

本文運用結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000進行木梁承載力分析，建立一個簡支梁的單元模型，端部錨固裝置簡化為剛性鋼板，絲扣擰張裝置簡化為兩端鉸接的鋼柱。利用SAP軟件建立的結(jié)構(gòu)模型如圖4所示，利用軟件分析得到的彎矩圖如圖5所示。

4實驗數(shù)據(jù)分析

通過使用SAP軟件分析，得到受力木梁的最大彎矩和剪力，對于矩形截面梁可用式(1)和式(2)推導出梁所受到的最大正應力和剪應力。

σmax=Mmax/W=6 ·Mmax/bh2

(1)

τmax=V·Smax/I·b=1.5·V/A

(2)

A組梁經(jīng)過計算所得數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3的數(shù)據(jù)中，我們得到在端部錨具至梁底距離相同的情況下，增大三分點處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x，木梁的最大正應力σmax、剪應力τmax及其撓度值Δ均減少，其可承受的極限荷載值增大。且三分點處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x越大，木梁承載能力加強的效果越明顯。同理，B組梁所得數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4的數(shù)據(jù)中，我們得到在等程度的放大三分點處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x和端部錨具至梁底的距離，木梁的最大正應力σmax、剪應力τmax及其撓度值Δ均減少，但其可承受極限荷載值在增大。在表4的數(shù)據(jù)下，我們可以得到端部錨具至梁底的距離越大，木梁承載力增強的效果越明顯。

現(xiàn)將表4中的數(shù)據(jù)以折線圖的方式表示，可以清楚直觀的看到三分點處鋼筋距梁頂距離及端部錨固裝置距梁底距離對木梁的承載力及變形的影響。A，B兩組木梁的內(nèi)力差值變化曲線圖如

圖6～圖8所示。

5結(jié)語

1)通過兩組實驗結(jié)果可得，以增大三分點處鋼筋至梁頂距離或增大錨固裝置距梁底距離的方式增大內(nèi)力臂，可使其最大正應力σmax、最大剪應力τmax及撓度值Δ減小，大致均呈線性變化。

2)通過對比兩種增加裝置內(nèi)力臂的方法可知，增大端部錨固裝置距梁底距離會使木梁可承受的極限承載力減小，應進一步找到合適的錨固裝置的放置位置，使木梁可以充分實現(xiàn)其承載能力。

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Experimental study on the influence of the internalforce arm on the bending performance of beam string structure

Li JiayiHu YunqiangGao XuLiu HanranWang Wenbo

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Key words:beam, anchor device, internal force arm, loading capacity

Abstract:In order the achieve the ideal status of the whole-section pressure, the paper points out the new anchor device to later the ending arm sizes, adopts SAP software to establish SPF wooden beam analysis model, analyzes the influence of the internal force arm on the loading capacity and deformation performance of SPF wooden beam under the same prestress, and proves by the result that the addition of internal force arm enhances the wooden beam to exert its stressed strength, so as to enlarge the bending effect.

文章編號：1009-6825(2016)14-0039-02

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：李嘉儀(1995- )，女，在讀本科生；胡云強(1995- )，男，在讀本科生；高旭(1995- )，男，在讀本科生；

中圖分類號：TU311

文獻標識碼：A

劉翰然(1995- )，男，在讀本科生；王文博(1993- )，男，在讀本科生