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腹板横截面剪切弹性模量对木质工字梁静曲挠度的影响

作 者: 任雪莹
导 师: 张宏健
学 校: 西南林业大学
专 业: 木材科学与技术
关键词: 木质工字梁 腹板 静曲挠度 横截面剪切弹性模量 水分
分类号: TU366.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


材料力学的基本原理指出:腹板材料的横截面剪切弹性模量(G)对简支梁的静曲挠度产生影响,但对跨高比大于10倍的钢质梁,其影响可予忽略。然而,据木材学和木质材料学,木质工字梁(Wood I-Beam,简称:IB)腹板的G比钢材的弱,且容易受到水分的影响,从而影响IB整梁的静曲挠度。因此,本文通过系统试验和分析,研究木定向刨花板(OSB)、竹大片刨花板(BWB)和SPly的G及其受水分的影响和对不同跨度下IB静曲挠度的影响。为便于腹板性能的认定,本文还研究了国标规定的板材通用指标——静曲弹性模量(E)及其与G的关系。对OSB、BWB和SPly的双轨剪切试验结果显现:大片刨花类板材和SPly的横截面剪切破坏形式的不同之处在于大片刨花类板材发生的多为因刨花间胶合点脱胶而造成的沿剪切线的鼓起破坏,而胶合板的破坏形式则接近于钢材;本试验三种板材的G的大小顺序为:SPly(1666MPa)>BWB(1610MPa)>OSB(999MPa);一般情况下,IB腹板的剪切模量略大于1200MPa即可。对不同跨度下测得的IB的静曲挠度与腹板材料G之间关系的分析结果表明:腹板材料的G与IB的静曲剪切挠度和静曲总挠度均成负幂指数关系,其回归方程式为:△i=9.7334G-0.0949,△s=464.15G-1.0044;跨高比为18的上述三种板材的静曲剪切挠度平均占了静曲总挠度的6.4%,但跨高比为4的却占了42.9%,由此可见腹板G与IB结构跨度对IB静曲挠度的协同作用。对在气干含水率(10.9%)和本试验确定的板材纤维饱和点范围内经恒温恒湿处理的不同含水率BWB-IB和OSB-IB的G值的测试分析结果指出:本试验BWB和OSB的纤维饱和点都为25%左右;纤维饱和点以下BWB和OSB的含水率与G的关系均为负相关关系,但斜率有所不同;含水率大于15%后,G的下降显著;从气干到纤维饱和点,10mm厚的BWB和OSB的厚度分别增加了9.93%和20.84%,因厚度增加带给G的下降占了G总下降量的30.2%,由此可见板材吸湿厚度膨胀对板材G产生的显著影响是水分影响IB静曲挠度的重要因素之一。根据对相同环境湿度条件下的板材E值的检测分析结果,由于水分对E的影响与对G的影响相似,且E与G成高度正相关线性关系(y=0.5572x+1740.4,R2=0.95),因此,在我国缺乏国标G的现实情况下,可以借助板材的E值作为腹板用板材性能的选择依据。由于板材的G值、E值和吸湿厚度膨胀率可以通过板材制造工艺条件的调整来控制,因此,通过板材制造工艺条件的调整就可以实现对IB静曲挠度的控制。基于上述结果提出建议:1)在我国人造板、木结构建筑等国家标准、规范中增补结构用木质板材的G的测试指标和方法(推荐采用板材双轨剪切试验法);2)在我国木结构和木质建筑材料的相关标准和规范中,修改仅考虑弯矩挠度的IB静曲挠度的设计方法为包含静曲剪切挠度在内的IB静曲挠度的设计方法和相应限值。本研究的创新性在于对IB腹板材料的G与IB静曲挠度之间关系的研究;本研究的理论价值在于揭示了材料自身性能与材料结构应用性能之间的科学关系;本研究的工程应用价值在于为IB用腹板的制造和IB性能设计、制造和结构应用提供了充分、可靠的技术依据或参考。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-20
  1.1 木质工字梁简介  11
  1.2 本研究的目的和意义  11-12
  1.3 理论依据  12-14
    1.3.1 工字梁腹板受力分析  12-13
    1.3.2 腹板性能与IB静曲挠度的关系  13-14
    1.3.3 水分对腹板材料关键力学性能的影响  14
  1.4 国内外研究现状和发展趋势  14-19
    1.4.1 腹板种类和自身结构对腹板性能的影响  14-15
    1.4.2 腹板横截面抗剪性能对IB性能的影响  15-16
    1.4.3 跨度、高度对抗剪性能的影响  16-17
    1.4.4 原料板材常规性能与腹板要求性能的关系  17
    1.4.5 水分对腹板性能的影响  17-18
    1.4.6 我国关于木质工字梁腹板性能的研究现状及发展趋势  18-19
  1.5 主要研究内容  19-20
2 IB腹板材料的横截面剪切性能  20-26
  2.1 试验方法  20-22
    2.1.1 原材料  20
    2.1.2 试验方法  20-22
  2.2 试验结果分析  22-25
    2.2.1 IB腹板材料的横截面剪切破坏特征  22-24
    2.2.2 IB腹板材料的横截面剪切模量  24-25
  2.3 本章小结  25-26
3 腹板横截面剪切弹性模量对IB静曲挠度的影响  26-34
  3.1 试验方法  26-28
    3.1.1 原材料  26
    3.1.2 试验方法  26-28
  3.2 结果与讨论  28-32
    3.2.1 腹板横截面剪切模量影响下的IB的静曲性能  28-29
    3.2.2 腹板横截面剪切模量与IB静曲挠度的关系  29-30
    3.2.3 三种腹板的横截面剪切模量、静曲剪切挠度和总挠度  30-31
    3.2.4 木质工字梁腹板剪切模量的适当取值  31-32
    3.2.5 对本试验板材的腹板适用性的判别  32
    3.2.6 设立腹板用板材横截面剪切模量指标的必要性  32
  3.3 本章小结  32-34
4 腹板横截面剪切弹性模量与IB跨度对IB静曲挠度的协同作用  34-45
  4.1 理论分析  34-36
  4.2 试验方法  36-38
    4.2.1 材料及规格  36
    4.2.2 衡量指标  36
    4.2.3 仪器设备  36
    4.2.4 测试方法  36-37
    4.2.5 试验操作步骤  37-38
  4.3 结果与讨论  38-44
    4.3.1 不同跨度下的IB的静曲剪切挠度  38-40
    4.3.2 不同跨度下IB静曲剪切挠度与总挠度的关系  40-42
    4.3.3 不同跨度下三种腹板IB的静曲挠度对比  42-44
  4.4 本章小结  44-45
5 水分对腹板材料剪切模量进而对IB整梁静曲挠度的影响  45-54
  5.1 理论依据  45-46
  5.2 试验方法  46-48
    5.2.1 试验材料及规格  46
    5.2.2 试验设计  46
    5.2.3 仪器设备  46
    5.2.4 测试方法  46-47
    5.2.5 试验操作步骤  47-48
  5.3 结果与讨论  48-52
    5.3.1 水分在腹板中的变化情况  48
    5.3.2 水分对腹板材料横截面剪切模量的影响  48-49
    5.3.3 水分对腹板材料几何尺寸的影响  49-51
    5.3.4 水分影响下的腹板剪切性能对IB整梁静曲挠度的影响  51-52
    5.3.5 水分对腹板高度进而对IB整梁尺寸和性能的影响  52
  5.4 本章小结  52-54
6 IB静曲挠度对腹板材料常规性能的要求  54-62
  6.1 试验方法  54-56
    6.1.1 试验材料及规格  54
    6.1.2 试验设计  54-55
    6.1.3 仪器设备  55
    6.1.4 测试方法  55
    6.1.5 试验操作步骤  55-56
  6.2 结果与分析  56-61
    6.2.1 水分对腹板材料静曲性能的影响  56-59
    6.2.2 腹板材料静曲弹性模量与整梁静曲挠度的关系  59-60
    6.2.3 腹板材料关键常规性能(静曲、厚胀)的选择  60-61
  6.3 本章小结  61-62
7 结论与建议  62-65
  7.1 结论  62-63
    7.1.1 腹板用板材的横截面剪切模量及其与IB挠度的关系  62
    7.1.2 腹板材料的选用  62-63
    7.1.3 其它  63
  7.2 建议  63-65
参考文献  65-70
研究成果  70-71
导师简介  71-72
致谢  72-73
附录:文中主要符号表  73-74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 土、砖、石、竹、木结构 > 竹、木结构 > 木结构
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