纖維增強整體木梁受彎試驗研究

李志強　麻建鎖

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

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纖維增強整體木梁受彎試驗研究

李志強麻建鎖

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

摘要:玄武巖纖維板-木拼接整體木梁是在合理利用資源、生態(tài)環(huán)保、方便施工等理念的指導(dǎo)下進行研究的，其特點在于將多段/多層木拼接同時與玄武巖纖維板復(fù)合為一體，既發(fā)揮了新型材料玄武巖纖維板輕質(zhì)高強的優(yōu)點，同時也使得對木材的使用更加充分合理，有效地節(jié)約了資源.該種組合木梁承載力高、跨度大、制作方便，既適用于既有建筑改造更換木構(gòu)架，也適用于新建木結(jié)構(gòu).在經(jīng)濟技術(shù)分析基礎(chǔ)上，經(jīng)建筑市場調(diào)查，有可觀的經(jīng)濟效益，同時具有良好的環(huán)保效益、社會效益.

關(guān)鍵詞:整體木梁；玄武巖纖維板；受彎試驗

0前言

目前建筑工程中用的木梁采用截面大的整根木材，木材用量大，浪費木材資源，成本高昂.而我國木材資源緊缺，為符合長期可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護的要求，發(fā)展新型組合式木梁可以有效提高木材的利用率，而且其性能經(jīng)試驗研究證明優(yōu)于等級較高的型材.

1試驗?zāi)Ｐ图霸囼灧椒?/p>

1.1試件設(shè)計及量測方案

試驗?zāi)玖汗菜慕M，每組三個試件.試驗梁截面均為b×h=40 mm×80 mm，跨度均為1200 mm，計算跨度l0=1120 mm.試驗梁布置如圖1所示.

圖1　試驗梁布置及加載裝置示意圖

計算厚度(mm)抗拉強度(Mpa)彈性模量(Gpa)斷裂伸長率(﹪)密度(g/cm2)1>15001291.682.8

玄武巖纖維板-木組合梁試件制作：

組合木梁橫向組合方式：單個松木板材沿厚度方向組坯，第III、IV組為了提高受拉區(qū)的膠結(jié)木板的抗拉能力及整體受力性能，分別選擇在四、五層間及第五層底膠貼一層玄武巖增強材料.

圖2　組合木梁橫向組合方式

玄武巖纖維板-木組合大跨梁通過先縱向后橫向組合方式將多層(多段)普通長(直)度、普通徑級的木材拼接成整體木梁并與新型輕質(zhì)高強纖維材料復(fù)合形成組合木梁，既有效利用了原本無法利用的短木材料，使得木材資源的利用更為充分，又可滿足建筑結(jié)構(gòu)對大跨度木梁的需求，在古舊建筑改造以及新建木結(jié)構(gòu)中均具有廣闊的應(yīng)用前景.

(1)組合木梁縱向組合方式.

對于大跨度木梁，由于待拼接木材為多段普通長直度、普通徑級的板材，其長度較短，縱向需拼接，拼接方式采取榫齒連接方式，齒縫用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)，在受拉區(qū)為提高拼接節(jié)點的抗拉能力，用玄武巖纖維布U形箍裹敷加強.如圖3所示.

圖3　組合木梁縱向拼接方式

(2)組合木梁橫向組合方式.

組合木梁用若干個按前述縱向組合方式已拼接好的松木板材沿橫向厚度方向組坯，為了提高受拉區(qū)的膠結(jié)木板的抗拉能力及整體受力性能，分別選擇在受拉區(qū)次一層及最底層膠貼一層玄武巖增強材料.另外為了提高木梁整體受力性能，橫向相鄰板的接頭需錯縫，如圖4所示.

圖4　組合木梁橫向拼接方式

2試驗結(jié)果及分析

2.1受彎承載力

從表2可以看出玄武巖纖維板可以明顯提高組合木梁的極限荷載.試驗過程表明木材自身的天然裂縫、斑節(jié)等對整體木梁的最大承載力有一定的影響.試驗中第二組梁玄武巖纖維有拉斷現(xiàn)象，而第三組梁的幾個試件只有微小拉斷現(xiàn)象，纖維材料利用率比第二組梁相對更好，延性也較佳.粘貼玄武巖纖維板一方面可以彌補木材的天然缺陷，使木材的性能得到更好的表現(xiàn)；另一方面玄武巖纖維板和整體木梁可以共同工作抵御外界作用，從而提高整體木梁的承載能力.整體木梁試驗中未出現(xiàn)局部玄武巖纖維板剝離現(xiàn)象，證明纖維板和木材之間的黏結(jié)力沒有出現(xiàn)問題.從表中可以看出，隨纖維板層數(shù)提高，極限抗彎承載力也有明顯提高，提高幅度從36.8%～97.7%不等.

表2　纖維板整體木梁試驗結(jié)果

2.2試驗整體木梁變形性能分析

圖5　整體梁荷載-撓度曲線

從圖5中可以看出黏貼玄武巖纖維板后，整體木梁的剛度得到較大改善，耐受變形能力有較大提高.

3結(jié)論

(1)玄武巖纖維板-木整體梁的極限抗彎能力得到較大地提高，隨玄武巖纖維板層數(shù)的增加有大約36.8～97.7%左右的提高幅度，而且承載力隨所配纖維率的增大而增大.

(2)玄武巖纖維板的存在能有效提高整體木梁的抗變形的能力，撓度明顯得到控制.

(3)U形箍等錨固措施證明是有效和必要的，可以保證整體木梁中各種材料之間的共同工作，使纖維材料的性能得到較充分的發(fā)揮.

(4)預(yù)應(yīng)力的施加對整體木梁耐受變形能力的提高作用顯著.

參考文獻

[1]玄武巖纖維加固修復(fù)木結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用，麻建鎖，白潤山，蔡煥琴，《建筑技術(shù)》,2007,38(6):426～427

[2]玄武巖纖維修復(fù)損傷木結(jié)構(gòu)的試驗研究，麻建鎖，白潤山，郝勇，李志強，結(jié)構(gòu)工程新進展國際論壇,2008

[3]吳昊，錢忠磊，張凱.碳纖維加固木梁的受彎性能試驗研究.山西建筑,2011,37(16):64～65

Experimental Study on Bending of Fiber Reinforced Timber Beams

LI Zhi-qiang,MA Jian-suo

(Dept of Civil Engineering,Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou,075024,China)

Abstract：Composite beams with basalt fiber board and wood splicing is studied under the guidance of rational use of resources,ecological environmental protection,and convenient construction and so on.Its characteristics are as follows.Firstly,it has taken advantage of the high strength and light weight of basalt fiber board;secondly,it has reasonably made use of wood;thirdly,it has effectively saved resources.With big bearing force,large span,convenient manufacturing,this kind of composite beam is not only applicable to the existing building renovation by replacing the wooden frame,but also applicable to the newly built wooden structure.Based on economic and technical analysis,through the survey of construction market,it has proved that it has considerable economic benefits,good environmental benefits and social benefits.

Key words：composite beams;basalt fiber board;bending test

收稿日期：2015-12-20

基金項目：河北省教育廳基金項目(QN2014219)；河北建筑工程學(xué)院校級重點基金項目(ZD201405)

作者簡介：李志強(1975-)，男，碩士，教授，從事建筑工程加固研究.

中圖分類號:TU 3

文獻標識碼：A