轻型木结构建筑用木质工字梁的主要应用性能

论文摘要

木质工字梁（Wood I-Joist,简称:IJ）是一种以工业速生林木为原料的林木资源高效利用性承重性木质建筑材料,可替代优质实木梁用于现代轻型木结构建筑。虽然木结构搁栅用IJ的生产和应用早已流行于发达国家,但在我国尚为空白。IJ的主要建筑应用性能——端头承载能力、端头支撑长度、整梁侧向屈曲性能、IJ搁栅刚度不仅直接影响到轻型木结构建筑的承载能力、稳定性和居住感,而且直接关系到IJ的预期品质和生产控制。搁在顶梁板上的IJ的端头一方面直接承受着来自于其上所有建筑构件重量对其产生的压力以及人、物等均布荷载在端部的压力（搁在金属连接件上的IJ的端部仅承受后者压力）,另一方面承受着来自于人、物等均布荷载作用在端部的弯曲剪力,为此需要着重考察IJ端部包括了腹板和翼缘的垂向抗压能力和抗弯曲剪切能力。本研究力学测试和分析结果表明:不考虑垂向压板稳定性时,本研究以杨木单板层积材（LVL）为翼缘（顺纹抗拉强度为8,700Mpa）、以竹大片刨花板为腹板（水平剪切强度为22Mpa）的IJ的端头垂向抗压强度为5.70Mpa,含均布荷载和弯曲剪力的IJ的破坏荷载为7.14kN,其对应的搁在金属连接件上的IJ的最小支撑长度为56.80mm,并要求LVL平行胶层的抗剪强度大于4.30Mpa。本研究获得的IJ最小支撑长度的计算方法解决了我国长期以来木质梁支撑长度仅根据建筑经验来确定的问题。对IJ整梁侧向屈曲稳定性的力学测试和分析结果表明:垂向荷载下的木质工字梁虽然表现有超前侧向屈曲变形现象,但总体上仍然服从均质工字梁侧向屈曲理论的基本规律,因此,均质工字梁的侧向屈曲临界荷载计算方法可以用作预测木质工字梁的侧向屈曲临界荷载的计算（本研究的计算值与实测值之间的偏差仅为5%）。同时发现运用侧向稳定系数和以弯矩为关键指标的侧向稳定判别式可以准确判定木质工字梁的侧向稳定性,且比通常用梁的抗弯强度来判别的方法显得更为科学和实用。本研究上述IJ的侧向稳定系数和临界弯矩分别为? l=0.49和M cr=3,595 N.m。覆有面板的IJ搁栅的静曲刚度是可以用理论计算获得,也可以通过对IJ搁栅的静曲挠度的测试、分析获得。本研究运用上述两种方法的计算分析结果表明:静曲挠度测试分析法所获得的IJ搁栅的静曲刚度比美国木质工字梁制造协会给出的IJ搁栅静曲刚度理论计算值稍大（<10%）;包括了弯曲剪切作用的IJ单梁挠度的计算方法不能用于IJ搁栅挠度的计算。本研究上述IJ搁栅的静曲刚度为264,603N.m2。本研究上述所有结果为IJ在现代轻型木结构建筑中的实际应用提供了必要的技术依据和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.1.1 木质工字梁简介
• 1.1.2 木质工字梁在现代轻型木结构建筑中的应用
• 1.1.3 木质工字梁的应用性能
• 1.1.4 研究木质工字梁应用性能的目的和意义
• 1.2 理论依据
• 1.2.1 木质工字梁端头受力分析
• 1.2.2 木质工字梁整体屈曲
• 1.2.3 木质工字梁搁栅整体刚度
• 1.3 国内外关于木质工字梁应用性能的研究现状
• 1.3.1 木质工字梁端头承载能力
• 1.3.2 木质工字梁端头抗剪能力
• 1.3.3 梁整体稳定性能
• 1.3.4 木质工字梁搁栅结构整体静态力学性能
• 1.4 主要研究内容
• 2 木质工字梁端头承载能力
• 2.1 垂向受压状态下的IJ 端头承载能力
• 2.1.1 垂向受压状态下IJ 翼缘/腹板接口的受力分析
• 2.1.2 垂向受压状态下IJ 翼缘/腹板接口承载力试验
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.2 弯剪状态下IJ 的端头承载能力
• 2.2.1 理论依据
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.4 小结
• 2.3 具工程应用价值的IJ 端头支撑长度的确定
• 2.3.1 同时承受墙体荷载和单梁荷载时IJ 端头支撑长度的选择
• 2.3.2 仅承受单梁荷载时IJ 端头支撑长度的选择
• 2.4 本章小结
• 3 木质工字梁的整梁屈曲稳定性能
• 3.1 梁的侧向屈曲的判别
• 3.1.1 梁的侧向屈曲临界荷载
• 3.1.2 梁的侧向屈曲的判别和计算
• 3.2 试验材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 仪器与设备
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 IJ 的侧向屈曲
• 3.3.2 IJ 侧向屈曲临界荷载的计算
• 3.3.3 IJ 侧向稳定系数的工程应用价值
• 3.4 本章小结
• 4 木质工字梁搁栅结构力学性能的研究
• 4.1 IJ 组成搁栅后的刚度理论
• 4.1.1 木质工字梁的搁栅结构
• 4.1.2 刚度计算理论
• 4.2 IJ 搁栅结构的刚度计算
• 4.2.1 IJ 搁栅结构刚度理论计算
• 4.2.2 实验计算搁栅刚度
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 两种搁栅抗弯刚度理论值的比较
• 4.3.2 搁栅刚度转换为搁栅挠度
• 4.3.3 搁栅刚度的工程应用价值
• 4.3.4 对 IJ 制造和性能质量控制的应用价值
• 4.4 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.1.1 木质工字梁端头的工程应用性能
• 5.1.2 木质工字梁的整梁屈曲稳定性能
• 5.1.3 木质工字梁搁栅的工程应用性能
• 5.1.4 本研究的工程应用价值
• 5.2 建议
• 参考文献
• 研究成果
• 导师简介
• 致谢
• 附录Ⅰ：文中主要符号表