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木材由于其优良的结构性能,数千年来在世界各国被广泛应用于建筑结构领域。由于种种原因,我国木结构建筑曾经趋于停滞。近年来苏北地区引进了人工速生树种意杨,且短期内在种植产量和产业化规模方面,都能够很大程度上满足木材原料的要求。现代木结构的一大特点就是通过不同材料的复合来改善和提高木结构的性能。本文提出了在单板层积材(LVL)中采用碳纤维片材(CFRP)进行增强的概念和工艺,并开展了CFRP复合LVL受弯木梁结构的试验分析和研究。
本研究首先结合杨木LVL梁材的生产工艺,对其碳纤维布增强工艺进行了探索,形成改进了的制造工艺。然后进行了杨木LVL材料的性能试验。参考国家标准,制作了一批标准小试件进行试验,对其的应力-应变特性进行了研究和分析,得到了LVL材料的抗压、抗拉、抗剪强度和弹性模量等的标准值。基于此,设计并制作了CFRP复合意杨LVL木梁试件和普通意杨LVL木梁对比试件,并对它们进行了试验研究。探索性进行的横向增强LVL木梁试验说明该种增强方式效果不佳,为此对增强方案进行了改进,提出竖向增强的方案和措施,并继续开展试验研究。对试验梁的极限承载力、变形、破坏特征以及截面应变等进行了研究和分析。试验结果表明,竖向LVL木梁受弯发生材料破坏,木材材料强度能够得到充分发挥,这种LVL木梁强度均匀,尺寸稳定性好,采用这种型式组坯制作LVL木梁是可行的;采用竖向碳纤维布对竖向LVL木梁增强,梁刚度、破坏荷载均大幅提高,增强效果显著,其受力性能得到较大程度的改善。结合对试验数据的分析和整理,可以发现LVL木梁可承受的荷载主要由挠度控制,在规范规定的允许挠度范围内,LVL木梁受力基本处于弹性阶段。