錨固裝置對配筋膠合木梁受彎性能影響

左宏亮 邱一桐

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

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錨固裝置對配筋膠合木梁受彎性能影響

左宏亮 邱一桐

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

為改善配筋膠合木梁受彎試驗中試驗梁兩端發(fā)生局壓破壞的情況，提出了一種新型的梁端錨固裝置方式,通過開槽配筋膠合木梁與“L”形錨固裝置開槽配筋膠合木梁的受彎性能試驗，對比分析了各組試驗梁的破壞形態(tài)、荷載—撓度曲線及梁端截面應(yīng)變等試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明試驗梁端局壓問題得到了有效改善。

配筋膠合木梁,受彎性能,錨固裝置，截面

層板膠合木是工程木的一種，目前已被廣泛應(yīng)用于大型木結(jié)構(gòu)工程。在進行膠合木梁受彎試驗時，會出現(xiàn)以下缺點：

1)膠合木梁受彎時發(fā)生脆性破壞[1-3]。

2)膠合木梁變形較大。實際工程中，大部分膠合木梁的截面會受變形的影響，未能充分利用材料強度。

3)膠合木梁中木材的抗壓強度不能有效的被利用。

1 增強膠合木梁的研究

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于膠合木梁在受彎試驗中存在多處缺點，國內(nèi)外很多學(xué)者對膠合木梁進行增強并研究其受彎性能。

文獻[4]用18根以CFRP增強的楊木膠合木梁，研究了CFRP材料增強膠合木梁受彎的破壞形態(tài)以及破壞機理，并提出了受彎承載力的計算公式。文獻[5]在膠合木的底部配置直徑為10 mm的普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋，通過試驗研究分析預(yù)應(yīng)力材料以及施加方法對膠合木梁受彎性能的影響，結(jié)果表明：施加預(yù)應(yīng)力可以提高膠合木梁的抗彎強度、剛度以及變形能力。

1.2 配筋膠合木梁存在的問題

1)在膠合木梁梁底開槽配置鋼筋，開槽必然會對試件底部的木材進行削弱，減弱底部木材的抗拉能力，于是底部開槽的大小需要仔細考量。

2)在課題組先前的試驗中，開槽配筋膠合木梁中配置的鋼筋率過大，使得試件均發(fā)生超筋破壞，結(jié)果增加鋼筋的配筋率對于膠合木梁的受彎強度、剛度、變形能力的提高效果并不顯著。

3)開槽配筋膠合木梁梁端的錨固裝置會翹起，導(dǎo)致試驗梁發(fā)生局壓破壞。

2 錨固裝置對配筋膠合木梁受彎性能的影響

2.1 試件設(shè)計

木材采用樟子松，共制作6根普通層板膠合木梁，梁的尺寸為100 mm×150 mm×3 100 mm，層板厚度為25 mm，由6層組成，在梁底部開兩個槽分別距梁邊18 mm。

選用直徑10 mm的HPB300級鋼筋，制作12根兩端各有100 mm螺紋的總長為3 200 mm，通過六角螺母將鋼筋與膠合木梁連接。梁端的錨固裝置有兩種：1)一塊20 mm厚的普通鋼墊板；2)“L”形鋼墊板(見圖1)。

2.2 材料力學(xué)性能

使用與試件同批次的木材進行膠合木順紋抗壓試驗以及木材順紋抗拉試驗。鋼筋選用HPB300級直徑為10 mm的鋼筋進行抗拉試驗。測得的材料物理力學(xué)性能參數(shù)見表1。

表1 材料的物理力學(xué)性能

MPa

2.3 試驗分組以及試驗裝置

試驗共分成2組,每組3根試件。A組為普通開槽配筋膠合木梁；B組為“L”形錨固裝置的開槽配筋膠合木梁。試驗裝置見圖2。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 破壞形態(tài)與破壞機理

普通配筋膠合木梁破壞屬于受拉區(qū)層板脆性受拉破壞，試驗梁破壞時出現(xiàn)一聲巨響，膠合木梁最底層層板劈裂。試驗梁梁端墊板翹起，發(fā)生局壓破壞。造成這種破壞的原因可能有以下兩種：1)膠合木梁底部開設(shè)兩個凹槽，木材與墊板間的受力面積減小，產(chǎn)生了局壓破壞；2)膠合木梁底層木材被拉斷后，墊板與木材之間出現(xiàn)空隙，繼續(xù)施加荷載使得下部墊板對木材造成較大的變形。

“L”形錨固裝置的配筋膠合木梁的破壞屬于脆性破壞，試驗現(xiàn)象基本與A組一致，在試件兩端的墊板沒有出現(xiàn)翹曲的情況，試件的破壞大部分都出現(xiàn)在木材的缺陷處，沿著木材的缺陷裂縫發(fā)展。

3.2 荷載—跨中撓度曲線

繪制出開槽配筋膠合木梁與“L”形錨具配筋膠合木梁的荷載—跨中撓度關(guān)系曲線，如圖3所示。

從圖3中可看出，兩條曲線前半段基本重合且呈線性分布，后半段在某一點出現(xiàn)突變，之后曲線基本又呈線性分布，此現(xiàn)象是由于底部層板纖維被拉斷或者層板出現(xiàn)裂縫，試驗梁的整體剛度降低。

3.3 荷載—應(yīng)變曲線

在圖4中兩條曲線均有發(fā)生突變，這是由于膠合木梁底部存在缺陷更容易破壞，試驗梁最底層木材斷裂但不影響試驗梁的正常使用，繼續(xù)加載曲線仍然呈線性分布，直到試驗梁徹底破壞。從極限荷載、荷載—跨中撓度曲線以及荷載—應(yīng)變曲線可以看出，梁端錨固裝置的改變對于配筋膠合木梁的受彎性能幾乎無影響，可以直接分析改變錨固裝置后梁端應(yīng)力的變化。

3.4 梁端截面應(yīng)變曲線

選取兩組試驗梁在不同荷載作用下的數(shù)據(jù)繪制梁端截面應(yīng)變沿梁高變化曲線，進行分析，如圖5所示。圖5中木梁受拉為正，受壓為負，當(dāng)不受力時為0。

由圖5可看出，圖5a)中試驗梁最下面兩層層板均受壓，并且壓力十分明顯，上面四層層板的應(yīng)變值為正，但是數(shù)值很小曲線很接近坐標(biāo)軸，此時代表墊板已經(jīng)與梁端木梁的上層層板分離，出現(xiàn)局壓情況；圖5b)中，曲線表現(xiàn)出略微的不同，試驗梁的最下層層板受很大的壓力，最上層層板同樣受壓力但數(shù)值很小，表示墊板與最上層層板只是連接但幾乎沒有受力，但與圖5a)相比，將新提出的“L”形錨固裝置可以應(yīng)用于施加預(yù)應(yīng)力的配筋膠合木梁中，相信明顯的局壓現(xiàn)象會得到改善。

3.5 平截面假定

通過圖6可發(fā)現(xiàn)，所有組試驗梁跨中截面應(yīng)變基本呈線性分布。因此，設(shè)計計算這類材料時，可以引用平截面假定。

4 結(jié)語

1)改變錨固裝置對于配筋膠合木梁的極限荷載、荷載—跨中撓度以及荷載—應(yīng)變曲線均無明顯的影響，僅改變試驗梁端部的應(yīng)變。

2)使用新型的錨固裝置后，梁端的局壓破壞得到了明顯的緩解，墊板不再發(fā)生翹曲，為施加預(yù)應(yīng)力的配筋膠合木梁提供了有效的錨固裝置。

3)配筋膠合木梁跨中橫截面應(yīng)變沿截面高度呈線性變化。因此，計算此類構(gòu)件時可以采用平截面假定。

[1] 尹思慈.木材學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社,1996:1-10.

[2] 哈里·帕克,詹姆斯·安布羅斯.木結(jié)構(gòu)簡化設(shè)計[M].北京：中國水利水電出版社&知識產(chǎn)權(quán)出版社,2008:6-9.

[3] 左宏亮,卜大偉,郭 楠,等.玄武巖纖維復(fù)合材料對膠合木梁受彎性能的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015(4):91-95.

[4] 楊會峰,劉偉慶.FRP增強膠合木梁的受彎性能研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2007(1):64-71.

[5] Vincenzo de Marano-C.Prestressed glulam timbers reinforced with steel bars[J].Construction and Building Materials,2012(30):206-217.

Bending performance test on the different anchorage forms of reinforced glulam beams

Zuo Hongliang Qiu Yitong

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150000,China)

A new anchor form is proposed in order to improve the local crush of the glulam beam ends when reinforcement of the beams bending test is carried out. Comparing the slotted reinforced beams with the anchorage shape of “L” reinforced glulam beams and analyzing failure form of beams, ultimate bearing capacity, load deflection curve, beam ends’ section strain. To conclude, the new anchor device can be used in practice.

reinforced glulam beam, bending performance, anchor device, section

1009-6825(2017)13-0030-03

2017-02-21

左宏亮(1964- )，男，教授; 邱一桐(1993- )，女，在讀碩士

TU366.3

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