木質(zhì)工字梁腹板用竹大片刨花板主要靜態(tài)力學性能的研究和設計.pdf

1、由于我國對用于地板和屋頂系統(tǒng)的木質(zhì)工字梁（IJ）的研究工作尚處起步階段，尚未涉及到對IJ腹板構件的性能及其與IJ整體性能的研究，因此需要對IJ腹板用竹大片刨花板（BWB）的主要靜態(tài)力學性能加以研究并獲得充分的認知，為建立和完善我國自己的木質(zhì)工字梁包括腹板的性能、質(zhì)量的檢測、控制和木結構建筑和木質(zhì)建筑材料設計和應用提供參考，以促進我國現(xiàn)代木結構建筑和木質(zhì)建筑材料的發(fā)展，促進我國竹資源、人工速生林木的高效利用。
　　 為此，本文通過

2、系統(tǒng)試驗和理論分析，對腹板類型作出了選擇，研究了腹板的壓板穩(wěn)定性、抗剪性能及其與IJ腹板常規(guī)力學性能之間的關系、竹木工字梁的抗彎性能及孔洞對IJ抗彎性能的影響，以其結果為依據(jù)，作出了241型竹木工字梁腹板截面尺寸的實例設計，并對IJ用腹板外形尺寸和主要性能的設計方法作出了驗證。
　　 為了獲得腹板原材料結構形式與端部壓板失穩(wěn)的關系，利用根據(jù)板殼穩(wěn)定理論自行設計的試驗方法對三種腹板用材料垂向受載的壓板穩(wěn)定性作出了研究，結果表明：1

3、）IJ中的木/竹大片刨花類腹板和膠合板腹板的壓板失穩(wěn)形式均為極值點失穩(wěn)，且都經(jīng)歷了彈性、彈塑性和屈曲階段的變形；2）IJ中的木/竹大片刨花類腹板發(fā)生的是以層間剪切破壞為主的延時性壓板失穩(wěn)破壞，較矮腹板的失穩(wěn)破壞形式為典型的靜彎曲剪切破壞，較高腹板的失穩(wěn)破壞形式為典型的靜彎曲背面拉伸破壞；3）IJ腹板的失穩(wěn)破壞荷載的大小順序為：（膠合板=BWB）>木大片刨花板；4）木質(zhì)工字梁腹板的失穩(wěn)后殘余承載能力的強弱順序為：BWB>膠合板>木大片刨花

4、板；5）壓板穩(wěn)定性是IJ腹板最為關鍵和敏感的力學性能之一。
　　 根據(jù)上述結果確認的對IJ腹板壓板穩(wěn)定性的要求，按自行設計的壓板穩(wěn)定試驗方法對BWB壓板穩(wěn)定性的試驗結果表明：1）BWB的密度對不同高厚比的BWB的壓板臨界失穩(wěn)強度值有著顯著影響，密度越高則BWB的壓板穩(wěn)定就越好，對高厚比小的影響較大；2）BWB的厚度、施膠量、內(nèi)結合強度與壓板臨界失穩(wěn)強度呈正相關關系；3）BWB的高厚比與壓板臨界失穩(wěn)強度呈負相關關系；4）BWB的密

5、度、內(nèi)結合強度對壓板臨界失穩(wěn)強度的影響較為顯著；5）高厚比小于20時，可以壓縮彈性模量為參數(shù)，按薄板屈曲臨界荷載計算公式預測腹板的壓板失穩(wěn)臨界載荷；預測值會比實測值小約6％。
　　 參考美國標準ASTM-D1037，用雙軌橫截面抗剪強度試驗方法和相關國標對BWB橫截面抗剪強度和相關常規(guī)性能檢測分析結果表明：1）BWB的橫截面剪切破壞形式為剪切區(qū)域內(nèi)的隆起發(fā)鼓，竹大片刨花間發(fā)生了以橫向褶皺、撕裂和縱向折斷、層間膠層脫膠、刨花之間相

6、互錯動為主的破壞形式，但無大片刨花的攔腰剪斷破壞形式；2）BWB的密度、厚度、內(nèi)結合強度與橫截面抗剪強度成正相關關系；3）BWB的含水率與橫截面抗剪強度成負相關；4）BWB的內(nèi)結合強度是影響B(tài)WB橫截面抗剪性能最為顯著的因素。
　　 為了滿足工程應用的要求，本文按美標ASTM-D5055-04關于短梁水平剪切強度的方法，探索了腹板上的開孔位置、孔徑、孔數(shù)和間距及其對BW-IJ水平抗剪強度的影響，結果如下：1）BW-IJ的水平剪切

7、破壞形式以翼緣與腹板的槽口剪切、翼緣水平層間剪切和翼緣壓潰破壞為主；2）孔洞邊緣破壞起始點在與IJ水平軸線的0角為45°和135°的孔洞位置周圍，或孔洞邊緣低密度區(qū)；3）孔徑與BW-IJ水平抗剪性能的關系式為：y=-7.504x2+2.2083x+5.7407（R2=0.98）；4）在241型BW-IJ腹板上的合適位置開直徑為27.4mm以下的圓孔不僅不會消弱，反而可提高BW-IJ的水平抗剪強度；5）BW-IJ的水平剪切強度與雙園孔間距

8、的關系式為：y=-0.1257x2+0.8277x+4.2613（R2=1.00）；6）雙圓孔間距大于3倍孔直徑時，幾乎不影響B(tài)W-IJ的水平剪切強度。
　　 以所有上述研究結果為依據(jù)對241型BW-IJ的設計結果為：1）梁高為241mm的IJ的端部壓板失穩(wěn)臨界載荷為3.10KN，IJ腹板橫截面抗剪強度為2.64MPa；2）據(jù)上設計BWB腹板的橫截面尺寸為：高186.6mm，厚11.9mm；3）按上述設計值并按BWB制造工藝生產(chǎn)