李嘉儀　胡云強(qiáng)　高　旭　劉翰然　王文博

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱　150040)

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內(nèi)力臂對膠合木張弦梁受彎性能影響的分析

李嘉儀胡云強(qiáng)高旭劉翰然王文博

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱150040)

摘要：為使木梁達(dá)到全截面受壓的理想狀態(tài)，提出一種新型的錨固裝置來改變端部力臂的大小，使用SAP軟件建立了SPF木梁分析模型，分析了在相同預(yù)應(yīng)力作用下，內(nèi)力臂對SPF木梁承載能力及變形性能的影響程度，結(jié)果表明：增大內(nèi)力臂有利于木梁充分發(fā)揮其受壓強(qiáng)度，達(dá)到了增大其抗彎能力的效果。

關(guān)鍵詞：木梁，錨固裝置，內(nèi)力臂，承載力

1概述

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展，人們開始更加注重生活質(zhì)量。同時(shí)迎合國際主流的環(huán)保理念，在居住方面，木結(jié)構(gòu)建筑被重新作為人們的著重關(guān)注點(diǎn)。木材以其豐富的資源儲(chǔ)備、良好的綠色環(huán)保性能、耐久抗震的優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為最佳新型建筑材料。膠合木主要沿順紋疊層膠合的木制品，層板膠合木組成的梁、柱稱為膠合木結(jié)構(gòu)。膠合木結(jié)構(gòu)用普通膠合木梁時(shí)的破壞形式一般為脆性破壞，破壞時(shí)梁的撓度較大。目前，國內(nèi)外關(guān)于膠合木梁的研究尚不夠充分。國內(nèi)有關(guān)學(xué)者主要分析了影響工程木梁結(jié)構(gòu)性能的各種因素；國外的研究主要體現(xiàn)在加強(qiáng)膠合木強(qiáng)度的新型材料的探索。在以往的研究中，已對膠合木梁施加預(yù)應(yīng)力的絲扣擰張橫向張拉方式進(jìn)行研究，但仍沒有實(shí)現(xiàn)全截面受壓，為此，提出一種新型的錨固裝置改善膠合木梁的受力性能至關(guān)重要。

本文通過對實(shí)驗(yàn)?zāi)玖憾瞬吭O(shè)置錨固裝置同時(shí)改變鋼筋的位置來分析內(nèi)力臂對木梁受彎性能的影響。若可以通過此種錨固裝置，找到端部力臂與抗彎能力的關(guān)系，改善膠合木梁的受力狀態(tài)，會(huì)讓我們可以更加合理的利用材料，推動(dòng)此類構(gòu)件的廣泛應(yīng)用。

2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1實(shí)驗(yàn)梁參數(shù)

本次實(shí)驗(yàn)梁材料為SPF木材，尺寸為3 000×100×100的矩形木梁，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。每根梁底設(shè)置兩根鋼筋，鋼筋均為1570級預(yù)應(yīng)力鋼絲，鋼絲直徑7 mm。預(yù)應(yīng)力的施加方式是通過一端固定一端旋轉(zhuǎn)螺帽，預(yù)應(yīng)力的大小通過螺桿的伸長量來控制。

2.2實(shí)驗(yàn)原理

本次實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)梁分為A,B兩組，每組3根梁；然后將實(shí)驗(yàn)梁得到的內(nèi)力數(shù)據(jù)與對照木梁進(jìn)行對比研究。A組通過對比在相同端部錨具至梁底的距離，施加相同的預(yù)加力，改變?nèi)贮c(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x所得到的代表承載力值，得到三分點(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x對配筋膠合木梁受力狀態(tài)的影響。B組通過對比在施加相同預(yù)應(yīng)力的情況下，保證三分點(diǎn)處的增量相同，改變端部錨具至梁底的距離所得到的代表承載力值，得到變端部錨具至梁底的距離對膠合木梁受力的影響。

2.3實(shí)驗(yàn)方案

A組在木梁兩端全截面內(nèi)設(shè)置錨具，通過改變?nèi)贮c(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x，探究鋼筋布置位置對木梁的承載能力和變形的影響,具體數(shù)據(jù)見表1。B組是通過改變端部錨具至梁底的距離，等程度的增加三分點(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x，探究錨具布置位置對木梁的承載能力和變形的影響，具體數(shù)據(jù)見表2。

2.4加載方式

利用千斤頂施加外荷載，采用三分法加載方式，對木梁的1/3截面、2/3截面進(jìn)行施加外荷載F，外荷載施加方式如圖2所示。記錄每組各片實(shí)驗(yàn)?zāi)玖涸跇O限荷載狀態(tài)下的最大應(yīng)力及撓度值，進(jìn)而將實(shí)驗(yàn)梁數(shù)據(jù)與原梁進(jìn)行分析，具體現(xiàn)場加載見圖3。

3建立結(jié)構(gòu)模型

本文運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000進(jìn)行木梁承載力分析，建立一個(gè)簡支梁的單元模型，端部錨固裝置簡化為剛性鋼板，絲扣擰張裝置簡化為兩端鉸接的鋼柱。利用SAP軟件建立的結(jié)構(gòu)模型如圖4所示，利用軟件分析得到的彎矩圖如圖5所示。

4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過使用SAP軟件分析，得到受力木梁的最大彎矩和剪力，對于矩形截面梁可用式(1)和式(2)推導(dǎo)出梁所受到的最大正應(yīng)力和剪應(yīng)力。

σmax=Mmax/W=6 ·Mmax/bh2

(1)

τmax=V·Smax/I·b=1.5·V/A

(2)

A組梁經(jīng)過計(jì)算所得數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3的數(shù)據(jù)中，我們得到在端部錨具至梁底距離相同的情況下，增大三分點(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x，木梁的最大正應(yīng)力σmax、剪應(yīng)力τmax及其撓度值Δ均減少，其可承受的極限荷載值增大。且三分點(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x越大，木梁承載能力加強(qiáng)的效果越明顯。同理，B組梁所得數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4的數(shù)據(jù)中，我們得到在等程度的放大三分點(diǎn)處鋼筋底至梁頂?shù)木嚯x和端部錨具至梁底的距離，木梁的最大正應(yīng)力σmax、剪應(yīng)力τmax及其撓度值Δ均減少，但其可承受極限荷載值在增大。在表4的數(shù)據(jù)下，我們可以得到端部錨具至梁底的距離越大，木梁承載力增強(qiáng)的效果越明顯。

現(xiàn)將表4中的數(shù)據(jù)以折線圖的方式表示，可以清楚直觀的看到三分點(diǎn)處鋼筋距梁頂距離及端部錨固裝置距梁底距離對木梁的承載力及變形的影響。A，B兩組木梁的內(nèi)力差值變化曲線圖如

圖6～圖8所示。

5結(jié)語

1)通過兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，以增大三分點(diǎn)處鋼筋至梁頂距離或增大錨固裝置距梁底距離的方式增大內(nèi)力臂，可使其最大正應(yīng)力σmax、最大剪應(yīng)力τmax及撓度值Δ減小，大致均呈線性變化。

2)通過對比兩種增加裝置內(nèi)力臂的方法可知，增大端部錨固裝置距梁底距離會(huì)使木梁可承受的極限承載力減小，應(yīng)進(jìn)一步找到合適的錨固裝置的放置位置，使木梁可以充分實(shí)現(xiàn)其承載能力。

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Experimental study on the influence of the internalforce arm on the bending performance of beam string structure

Li JiayiHu YunqiangGao XuLiu HanranWang Wenbo

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Key words:beam, anchor device, internal force arm, loading capacity

Abstract:In order the achieve the ideal status of the whole-section pressure, the paper points out the new anchor device to later the ending arm sizes, adopts SAP software to establish SPF wooden beam analysis model, analyzes the influence of the internal force arm on the loading capacity and deformation performance of SPF wooden beam under the same prestress, and proves by the result that the addition of internal force arm enhances the wooden beam to exert its stressed strength, so as to enlarge the bending effect.

文章編號：1009-6825(2016)14-0039-02

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：李嘉儀(1995- )，女，在讀本科生；胡云強(qiáng)(1995- )，男，在讀本科生；高旭(1995- )，男，在讀本科生；

中圖分類號：TU311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

劉翰然(1995- )，男，在讀本科生；王文博(1993- )，男，在讀本科生