湿度变化对胶合木梁工作性能的影响

论文摘要

在建筑物正常使用过程中,胶合木构件周围环境空气相对湿度会因气候变化和人类活动等影响而变化。胶合木构件将发生吸湿和解吸过程,与周围空气发生水分交换,从而使构件内部含水率发生变化。环境空气相对湿度的快速变化会在胶合木构件内产生含水率梯度,并产生相应的湿度应力和变形,从而影响胶合木构件的使用性能,某些情况下还会降低胶合木构件的承载能力。本文借助有限元法,采用Luikov传热传质方程模拟水分在胶合木构件中的传输,分析了以年为周期的环境空气相对湿度变化对胶合木层板和胶合木梁的截面尺寸变形的影响。得到如下主要结论,在环境空气相对湿度变化作用下,胶合木梁中不同位置处的层板含水率变化规律不同,其变形规律和变形量大小存在差异;胶合木梁内各处含水率分布不均匀,且层板变形之间相互约束。因此不能用普通锯材的变形计算办法计算胶合木梁的干缩湿胀变形。本文还分析了环境空气相对湿度变化对胶合木梁支座处工作性能的影响。在有限元计算中考虑了简支支座支承长度,并对混凝土和木材两类垫块材料的影响进行了讨论。分析发现,在荷载作用下,支座处梁底应力沿支座长度分布不均匀;环境空气相对湿度的变化对梁内、外侧的梁底应力分布有较大影响且影响规律不同;环境空气相对湿度的变化会使支座某些区域梁底压应力增大,在设计中应予注意;垫块材料对梁底应力影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 胶合木简介
• 1.3 课题背景
• 1.4 国内外相关课题研究现状
• 1.4.1 木材干缩湿胀的研究
• 1.4.2 机械吸附蠕变的研究
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 木材的物理性质及相关概念
• 2.1 物理特性及相关概念
• 2.1.1 木材的柱面正交异性
• 2.1.2 空气相对湿度
• 2.1.3 木材的含水率
• 2.1.4 平衡含水率
• 2.1.5 纤维饱和点
• 2.1.6 干缩湿胀系数
• 2.1.7 比热
• 2.1.8 热导率
• 2.1.9 热扩散率
• 2.1.10 热膨胀系数
• 2.1.11 木材中的水分传递
• 2.1.12 木材中的热量传递
• 2.1.13 Luikov 传热传质模型
• 2.2 木材在环境和荷载作用下的变形
• 2.2.1 弹性变形
• 2.2.2 温度变形
• 2.2.3 湿度变形
• 2.2.4 机械吸附蠕变
• 第3章 湿度变化对胶合木梁截面尺寸变形的影响
• 3.1 概述
• 3.2 胶合木层板的变形
• 3.2.1 胶合木层板的截面尺寸
• 3.2.2 有限元模型基本假设
• 3.2.3 有限元模型的建立
• 3.2.4 有限元模型的验证
• 3.2.5 自由单板的变形
• 3.2.6 层板按所处位置分类
• 3.2.7 两类层板含水率的分布规律
• 3.2.8 胶合木层板变形的影响因素及影响效果
• 3.3 胶合木梁截面变形
• 3.3.1 有限元模型的建立
• 3.3.2 胶合木梁截面变形的影响因素及影响规律
• 3.4 对已有计算公式的探讨及建议
• 3.5 本章小结
• 第4章 湿度变化对胶合木梁支座处工作性能的影响
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型
• 4.3 相对湿度变化下梁的整体变形
• 4.3.1 单个周期内湿度变化对梁的变形的影响
• 4.3.2 湿度变化循环次数对梁的变形的影响
• 4.4 湿度变化对支座处梁底应力分布的影响
• 4.5 湿度变化对支座处梁底应力大小的影响
• 4.6 支座处采用木垫块的梁底应力影响规律
• 4.6.1 两类支座梁底应力大小的对比
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢