内力臂对胶合木张弦梁受弯性能影响的分析

李嘉仪　胡云强　高　旭　刘翰然　王文博

(东北林业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨　150040)



内力臂对胶合木张弦梁受弯性能影响的分析

李嘉仪胡云强高旭刘翰然王文博

(东北林业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨150040)

摘要：为使木梁达到全截面受压的理想状态，提出一种新型的锚固装置来改变端部力臂的大小，使用SAP软件建立了SPF木梁分析模型，分析了在相同预应力作用下，内力臂对SPF木梁承载能力及变形性能的影响程度，结果表明：增大内力臂有利于木梁充分发挥其受压强度，达到了增大其抗弯能力的效果。

关键词：木梁，锚固装置，内力臂，承载力

1概述

近年来，随着经济的稳定快速发展，人们开始更加注重生活质量。同时迎合国际主流的环保理念，在居住方面，木结构建筑被重新作为人们的着重关注点。木材以其丰富的资源储备、良好的绿色环保性能、耐久抗震的优点被认为最佳新型建筑材料。胶合木主要沿顺纹叠层胶合的木制品，层板胶合木组成的梁、柱称为胶合木结构。胶合木结构用普通胶合木梁时的破坏形式一般为脆性破坏，破坏时梁的挠度较大。目前，国内外关于胶合木梁的研究尚不够充分。国内有关学者主要分析了影响工程木梁结构性能的各种因素；国外的研究主要体现在加强胶合木强度的新型材料的探索。在以往的研究中，已对胶合木梁施加预应力的丝扣拧张横向张拉方式进行研究，但仍没有实现全截面受压，为此，提出一种新型的锚固装置改善胶合木梁的受力性能至关重要。

本文通过对实验木梁端部设置锚固装置同时改变钢筋的位置来分析内力臂对木梁受弯性能的影响。若可以通过此种锚固装置，找到端部力臂与抗弯能力的关系，改善胶合木梁的受力状态，会让我们可以更加合理的利用材料，推动此类构件的广泛应用。

2实验内容

2.1实验梁参数

本次实验梁材料为SPF木材，尺寸为3 000×100×100的矩形木梁，结构尺寸如图1所示。每根梁底设置两根钢筋，钢筋均为1570级预应力钢丝，钢丝直径7 mm。预应力的施加方式是通过一端固定一端旋转螺帽，预应力的大小通过螺杆的伸长量来控制。

2.2实验原理

本次实验将实验梁分为A,B两组，每组3根梁；然后将实验梁得到的内力数据与对照木梁进行对比研究。A组通过对比在相同端部锚具至梁底的距离，施加相同的预加力，改变三分点处钢筋底至梁顶的距离所得到的代表承载力值，得到三分点处钢筋底至梁顶的距离对配筋胶合木梁受力状态的影响。B组通过对比在施加相同预应力的情况下，保证三分点处的增量相同，改变端部锚具至梁底的距离所得到的代表承载力值，得到变端部锚具至梁底的距离对胶合木梁受力的影响。

2.3实验方案

A组在木梁两端全截面内设置锚具，通过改变三分点处钢筋底至梁顶的距离，探究钢筋布置位置对木梁的承载能力和变形的影响,具体数据见表1。B组是通过改变端部锚具至梁底的距离，等程度的增加三分点处钢筋底至梁顶的距离，探究锚具布置位置对木梁的承载能力和变形的影响，具体数据见表2。

2.4加载方式

利用千斤顶施加外荷载，采用三分法加载方式，对木梁的1/3截面、2/3截面进行施加外荷载F，外荷载施加方式如图2所示。记录每组各片实验木梁在极限荷载状态下的最大应力及挠度值，进而将实验梁数据与原梁进行分析，具体现场加载见图3。

3建立结构模型

本文运用结构分析软件SAP2000进行木梁承载力分析，建立一个简支梁的单元模型，端部锚固装置简化为刚性钢板，丝扣拧张装置简化为两端铰接的钢柱。利用SAP软件建立的结构模型如图4所示，利用软件分析得到的弯矩图如图5所示。

4实验数据分析

通过使用SAP软件分析，得到受力木梁的最大弯矩和剪力，对于矩形截面梁可用式(1)和式(2)推导出梁所受到的最大正应力和剪应力。

σmax=Mmax/W=6 ·Mmax/bh2

(1)

τmax=V·Smax/I·b=1.5·V/A

(2)

A组梁经过计算所得数据如表3所示。

从表3的数据中，我们得到在端部锚具至梁底距离相同的情况下，增大三分点处钢筋底至梁顶的距离，木梁的最大正应力σmax、剪应力τmax及其挠度值Δ均减少，其可承受的极限荷载值增大。且三分点处钢筋底至梁顶的距离越大，木梁承载能力加强的效果越明显。同理，B组梁所得数据如表4所示。

从表4的数据中，我们得到在等程度的放大三分点处钢筋底至梁顶的距离和端部锚具至梁底的距离，木梁的最大正应力σmax、剪应力τmax及其挠度值Δ均减少，但其可承受极限荷载值在增大。在表4的数据下，我们可以得到端部锚具至梁底的距离越大，木梁承载力增强的效果越明显。

现将表4中的数据以折线图的方式表示，可以清楚直观的看到三分点处钢筋距梁顶距离及端部锚固装置距梁底距离对木梁的承载力及变形的影响。A，B两组木梁的内力差值变化曲线图如

图6～图8所示。

5结语

1)通过两组实验结果可得，以增大三分点处钢筋至梁顶距离或增大锚固装置距梁底距离的方式增大内力臂，可使其最大正应力σmax、最大剪应力τmax及挠度值Δ减小，大致均呈线性变化。

2)通过对比两种增加装置内力臂的方法可知，增大端部锚固装置距梁底距离会使木梁可承受的极限承载力减小，应进一步找到合适的锚固装置的放置位置，使木梁可以充分实现其承载能力。

参考文献：

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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.

文章编号：1009-6825(2016)14-0039-02

收稿日期：2016-03-05

作者简介：李嘉仪(1995- )，女，在读本科生；胡云强(1995- )，男，在读本科生；高旭(1995- )，男，在读本科生；

中图分类号：TU311

文献标识码：A

刘翰然(1995- )，男，在读本科生；王文博(1993- )，男，在读本科生