锚固装置对配筋胶合木梁受弯性能影响

左宏亮 邱一桐

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000)



锚固装置对配筋胶合木梁受弯性能影响

左宏亮 邱一桐

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000)

为改善配筋胶合木梁受弯试验中试验梁两端发生局压破坏的情况，提出了一种新型的梁端锚固装置方式,通过开槽配筋胶合木梁与“L”形锚固装置开槽配筋胶合木梁的受弯性能试验，对比分析了各组试验梁的破坏形态、荷载—挠度曲线及梁端截面应变等试验数据，结果表明试验梁端局压问题得到了有效改善。

配筋胶合木梁,受弯性能,锚固装置，截面

层板胶合木是工程木的一种，目前已被广泛应用于大型木结构工程。在进行胶合木梁受弯试验时，会出现以下缺点：

1)胶合木梁受弯时发生脆性破坏[1-3]。

2)胶合木梁变形较大。实际工程中，大部分胶合木梁的截面会受变形的影响，未能充分利用材料强度。

3)胶合木梁中木材的抗压强度不能有效的被利用。

1 增强胶合木梁的研究

1.1 国内外研究现状

由于胶合木梁在受弯试验中存在多处缺点，国内外很多学者对胶合木梁进行增强并研究其受弯性能。

文献[4]用18根以CFRP增强的杨木胶合木梁，研究了CFRP材料增强胶合木梁受弯的破坏形态以及破坏机理，并提出了受弯承载力的计算公式。文献[5]在胶合木的底部配置直径为10 mm的普通钢筋和预应力钢筋，通过试验研究分析预应力材料以及施加方法对胶合木梁受弯性能的影响，结果表明：施加预应力可以提高胶合木梁的抗弯强度、刚度以及变形能力。

1.2 配筋胶合木梁存在的问题

1)在胶合木梁梁底开槽配置钢筋，开槽必然会对试件底部的木材进行削弱，减弱底部木材的抗拉能力，于是底部开槽的大小需要仔细考量。

2)在课题组先前的试验中，开槽配筋胶合木梁中配置的钢筋率过大，使得试件均发生超筋破坏，结果增加钢筋的配筋率对于胶合木梁的受弯强度、刚度、变形能力的提高效果并不显著。

3)开槽配筋胶合木梁梁端的锚固装置会翘起，导致试验梁发生局压破坏。

2 锚固装置对配筋胶合木梁受弯性能的影响

2.1 试件设计

木材采用樟子松，共制作6根普通层板胶合木梁，梁的尺寸为100 mm×150 mm×3 100 mm，层板厚度为25 mm，由6层组成，在梁底部开两个槽分别距梁边18 mm。

选用直径10 mm的HPB300级钢筋，制作12根两端各有100 mm螺纹的总长为3 200 mm，通过六角螺母将钢筋与胶合木梁连接。梁端的锚固装置有两种：1)一块20 mm厚的普通钢垫板；2)“L”形钢垫板(见图1)。

2.2 材料力学性能

使用与试件同批次的木材进行胶合木顺纹抗压试验以及木材顺纹抗拉试验。钢筋选用HPB300级直径为10 mm的钢筋进行抗拉试验。测得的材料物理力学性能参数见表1。

表1 材料的物理力学性能

MPa

2.3 试验分组以及试验装置

试验共分成2组,每组3根试件。A组为普通开槽配筋胶合木梁；B组为“L”形锚固装置的开槽配筋胶合木梁。试验装置见图2。

3 试验结果分析

3.1 破坏形态与破坏机理

普通配筋胶合木梁破坏属于受拉区层板脆性受拉破坏，试验梁破坏时出现一声巨响，胶合木梁最底层层板劈裂。试验梁梁端垫板翘起，发生局压破坏。造成这种破坏的原因可能有以下两种：1)胶合木梁底部开设两个凹槽，木材与垫板间的受力面积减小，产生了局压破坏；2)胶合木梁底层木材被拉断后，垫板与木材之间出现空隙，继续施加荷载使得下部垫板对木材造成较大的变形。

“L”形锚固装置的配筋胶合木梁的破坏属于脆性破坏，试验现象基本与A组一致，在试件两端的垫板没有出现翘曲的情况，试件的破坏大部分都出现在木材的缺陷处，沿着木材的缺陷裂缝发展。

3.2 荷载—跨中挠度曲线

绘制出开槽配筋胶合木梁与“L”形锚具配筋胶合木梁的荷载—跨中挠度关系曲线，如图3所示。

从图3中可看出，两条曲线前半段基本重合且呈线性分布，后半段在某一点出现突变，之后曲线基本又呈线性分布，此现象是由于底部层板纤维被拉断或者层板出现裂缝，试验梁的整体刚度降低。

3.3 荷载—应变曲线

在图4中两条曲线均有发生突变，这是由于胶合木梁底部存在缺陷更容易破坏，试验梁最底层木材断裂但不影响试验梁的正常使用，继续加载曲线仍然呈线性分布，直到试验梁彻底破坏。从极限荷载、荷载—跨中挠度曲线以及荷载—应变曲线可以看出，梁端锚固装置的改变对于配筋胶合木梁的受弯性能几乎无影响，可以直接分析改变锚固装置后梁端应力的变化。

3.4 梁端截面应变曲线

选取两组试验梁在不同荷载作用下的数据绘制梁端截面应变沿梁高变化曲线，进行分析，如图5所示。图5中木梁受拉为正，受压为负，当不受力时为0。

由图5可看出，图5a)中试验梁最下面两层层板均受压，并且压力十分明显，上面四层层板的应变值为正，但是数值很小曲线很接近坐标轴，此时代表垫板已经与梁端木梁的上层层板分离，出现局压情况；图5b)中，曲线表现出略微的不同，试验梁的最下层层板受很大的压力，最上层层板同样受压力但数值很小，表示垫板与最上层层板只是连接但几乎没有受力，但与图5a)相比，将新提出的“L”形锚固装置可以应用于施加预应力的配筋胶合木梁中，相信明显的局压现象会得到改善。

3.5 平截面假定

通过图6可发现，所有组试验梁跨中截面应变基本呈线性分布。因此，设计计算这类材料时，可以引用平截面假定。

4 结语

1)改变锚固装置对于配筋胶合木梁的极限荷载、荷载—跨中挠度以及荷载—应变曲线均无明显的影响，仅改变试验梁端部的应变。

2)使用新型的锚固装置后，梁端的局压破坏得到了明显的缓解，垫板不再发生翘曲，为施加预应力的配筋胶合木梁提供了有效的锚固装置。

3)配筋胶合木梁跨中横截面应变沿截面高度呈线性变化。因此，计算此类构件时可以采用平截面假定。

[1] 尹思慈.木材学[M].北京：中国林业出版社,1996:1-10.

[2] 哈里·帕克,詹姆斯·安布罗斯.木结构简化设计[M].北京：中国水利水电出版社&知识产权出版社,2008:6-9.

[3] 左宏亮,卜大伟,郭 楠,等.玄武岩纤维复合材料对胶合木梁受弯性能的影响[J].东北林业大学学报,2015(4):91-95.

[4] 杨会峰,刘伟庆.FRP增强胶合木梁的受弯性能研究[J].建筑结构学报,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，在读硕士

TU366.3

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