纤维增强整体木梁受弯试验研究

李志强　麻建锁

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)



纤维增强整体木梁受弯试验研究

李志强麻建锁

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

摘要:玄武岩纤维板-木拼接整体木梁是在合理利用资源、生态环保、方便施工等理念的指导下进行研究的，其特点在于将多段/多层木拼接同时与玄武岩纤维板复合为一体，既发挥了新型材料玄武岩纤维板轻质高强的优点，同时也使得对木材的使用更加充分合理，有效地节约了资源.该种组合木梁承载力高、跨度大、制作方便，既适用于既有建筑改造更换木构架，也适用于新建木结构.在经济技术分析基础上，经建筑市场调查，有可观的经济效益，同时具有良好的环保效益、社会效益.

关键词:整体木梁；玄武岩纤维板；受弯试验

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，浪费木材资源，成本高昂.而我国木材资源紧缺，为符合长期可持续发展及环境保护的要求，发展新型组合式木梁可以有效提高木材的利用率，而且其性能经试验研究证明优于等级较高的型材.

1试验模型及试验方法

1.1试件设计及量测方案

试验木梁共四组，每组三个试件.试验梁截面均为b×h=40 mm×80 mm，跨度均为1200 mm，计算跨度l0=1120 mm.试验梁布置如图1所示.

图1　试验梁布置及加载装置示意图

计算厚度(mm)抗拉强度(Mpa)弹性模量(Gpa)断裂伸长率(﹪)密度(g/cm2)1>15001291.682.8

玄武岩纤维板-木组合梁试件制作：

组合木梁横向组合方式：单个松木板材沿厚度方向组坯，第III、IV组为了提高受拉区的胶结木板的抗拉能力及整体受力性能，分别选择在四、五层间及第五层底胶贴一层玄武岩增强材料.

图2　组合木梁横向组合方式

玄武岩纤维板-木组合大跨梁通过先纵向后横向组合方式将多层(多段)普通长(直)度、普通径级的木材拼接成整体木梁并与新型轻质高强纤维材料复合形成组合木梁，既有效利用了原本无法利用的短木材料，使得木材资源的利用更为充分，又可满足建筑结构对大跨度木梁的需求，在古旧建筑改造以及新建木结构中均具有广阔的应用前景.

(1)组合木梁纵向组合方式.

对于大跨度木梁，由于待拼接木材为多段普通长直度、普通径级的板材，其长度较短，纵向需拼接，拼接方式采取榫齿连接方式，齿缝用环氧树脂胶粘结，在受拉区为提高拼接节点的抗拉能力，用玄武岩纤维布U形箍裹敷加强.如图3所示.

图3　组合木梁纵向拼接方式

(2)组合木梁横向组合方式.

组合木梁用若干个按前述纵向组合方式已拼接好的松木板材沿横向厚度方向组坯，为了提高受拉区的胶结木板的抗拉能力及整体受力性能，分别选择在受拉区次一层及最底层胶贴一层玄武岩增强材料.另外为了提高木梁整体受力性能，横向相邻板的接头需错缝，如图4所示.

图4　组合木梁横向拼接方式

2试验结果及分析

2.1受弯承载力

从表2可以看出玄武岩纤维板可以明显提高组合木梁的极限荷载.试验过程表明木材自身的天然裂缝、斑节等对整体木梁的最大承载力有一定的影响.试验中第二组梁玄武岩纤维有拉断现象，而第三组梁的几个试件只有微小拉断现象，纤维材料利用率比第二组梁相对更好，延性也较佳.粘贴玄武岩纤维板一方面可以弥补木材的天然缺陷，使木材的性能得到更好的表现；另一方面玄武岩纤维板和整体木梁可以共同工作抵御外界作用，从而提高整体木梁的承载能力.整体木梁试验中未出现局部玄武岩纤维板剥离现象，证明纤维板和木材之间的黏结力没有出现问题.从表中可以看出，随纤维板层数提高，极限抗弯承载力也有明显提高，提高幅度从36.8%～97.7%不等.

表2　纤维板整体木梁试验结果

2.2试验整体木梁变形性能分析

图5　整体梁荷载-挠度曲线

从图5中可以看出黏贴玄武岩纤维板后，整体木梁的刚度得到较大改善，耐受变形能力有较大提高.

3结论

(1)玄武岩纤维板-木整体梁的极限抗弯能力得到较大地提高，随玄武岩纤维板层数的增加有大约36.8～97.7%左右的提高幅度，而且承载力随所配纤维率的增大而增大.

(2)玄武岩纤维板的存在能有效提高整体木梁的抗变形的能力，挠度明显得到控制.

(3)U形箍等锚固措施证明是有效和必要的，可以保证整体木梁中各种材料之间的共同工作，使纤维材料的性能得到较充分的发挥.

(4)预应力的施加对整体木梁耐受变形能力的提高作用显著.

参考文献

[1]玄武岩纤维加固修复木结构的研究与应用，麻建锁，白润山，蔡焕琴，《建筑技术》,2007,38(6):426～427

[2]玄武岩纤维修复损伤木结构的试验研究，麻建锁，白润山，郝勇，李志强，结构工程新进展国际论坛,2008

[3]吴昊，钱忠磊，张凯.碳纤维加固木梁的受弯性能试验研究.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

基金项目：河北省教育厅基金项目(QN2014219)；河北建筑工程学院校级重点基金项目(ZD201405)

作者简介：李志强(1975-)，男，硕士，教授，从事建筑工程加固研究.

中图分类号:TU 3

文献标识码：A