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      碳纖維布鋪貼方式對(duì)方形長(zhǎng)楊木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能提高試驗(yàn)分析

      2022-01-11 08:28:32林金宗
      鄂州大學(xué)學(xué)報(bào) 2021年6期
      關(guān)鍵詞:鋪貼木結(jié)構(gòu)提高效率

      林金宗

      (福建上若工程技術(shù)有限公司,福建廈門 361100)

      木結(jié)構(gòu)由于其具有良好的耐久性、抗震性、抗老化性等特點(diǎn)而被廣泛使用[1-2]。但木結(jié)構(gòu)在物理、化學(xué)等復(fù)雜環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)破損等情況,從而導(dǎo)致其承載力發(fā)生顯著的變化,因此需要采取相應(yīng)的方法來提高其力學(xué)性能[3-6]。如魯艷蕊等得出碳纖維復(fù)合材料布進(jìn)行加固后,構(gòu)件的承載力可以明顯提高[7]。褚少輝等推導(dǎo)了玄武巖纖維布加固墻體的抗剪承載力計(jì)算公式[8]。尹犟等分析了影響輕型木剪力墻受力性能的關(guān)鍵因素及低周反復(fù)加載機(jī)制[9]。阿斯哈等得出木材與筋材之間良好的協(xié)同工作性能是保證其加固效果的基礎(chǔ)[10]。張柳柳等得出將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于木構(gòu)件的加固及修復(fù)可改善并彌補(bǔ)木材的缺陷[11]。

      上述研究學(xué)者通過加固的方法來達(dá)到提高木結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的目的,本文也采用這一思路,采用碳纖維布來提高楊木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,與他們不同的是,本實(shí)驗(yàn)還分析了不同的鋪貼方式對(duì)楊木結(jié)構(gòu)力學(xué)性能提高的影響。因此可以根據(jù)實(shí)際的使用條件、經(jīng)濟(jì)條件來選取合適的碳纖維布數(shù)量。

      1 材料和方法

      試驗(yàn)?zāi)静牟捎脰|莞市天嘉裝飾材料有限公司生產(chǎn)的尺寸為100mm*100mm*1200mm 的新疆楊木,其抗拉強(qiáng)度為113.4MPa,彈性模量為10GPa,抗壓強(qiáng)度為41.2MPa,極限拉伸長(zhǎng)度約為50.1mm;并且該楊木含水率滿足GB/T 1931-2009《木材含水率測(cè)定方法》和GB/T 1928-2009《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法總則》;碳纖維布為北京萬(wàn)吉建業(yè)建材有限公司生產(chǎn),其厚度約為0.2mm,寬為400mm,高為30mm,抗拉強(qiáng)度為4300MPa,彈性模量為210GPa;兩種材料之間的粘合劑采用湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的固特邦纖維復(fù)合材結(jié)構(gòu)樹脂膠JN-C3P,其抗拉強(qiáng)度約為54.3MPa;彈性模量為3000GPa。

      根據(jù)GB/T50329-2002 《木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,對(duì)方形長(zhǎng)楊木結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)測(cè)試,通過不同的碳纖維布鋪貼方式設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。具體的為,方案A:延楊木結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)滿鋪碳纖維布,即需要40 塊碳纖維布;方案B:延楊木結(jié)構(gòu)間隔一塊鋪碳纖維布,即需要20 塊碳纖維布;方案C:延楊木結(jié)構(gòu)間隔三塊鋪碳纖維布,即需要10 塊碳纖維布。結(jié)合生產(chǎn)的滿荷載為1000kN 的壓力機(jī)對(duì)三種楊木結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度測(cè)試;當(dāng)楊木結(jié)構(gòu)被拉伸破壞后,通過卷尺記錄拉伸長(zhǎng)度,即極限拉伸長(zhǎng)度。

      2 楊木結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

      根據(jù)三種試驗(yàn)方案,對(duì)楊木結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。從表1 中可以看出,在楊木結(jié)構(gòu)上鋪碳纖維布能夠明顯的提高楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度,具體的為:當(dāng)采用方案A,即滿鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了95.15%;當(dāng)采用方案B,即間隔一塊鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了61.89%;當(dāng)采用方案C,即間隔三塊鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了24.51%。這是因?yàn)楫?dāng)鋪碳纖維布后能夠使得楊木結(jié)構(gòu)處于三向受壓的狀態(tài),從而提高楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度[12-14]。

      表1 楊木結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度變化

      對(duì)比方案A 和方案B 可以看出,當(dāng)提高一倍的碳纖維布數(shù)量時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度提高了20.54%;對(duì)比方案B 和方案C 可以看出,當(dāng)提高一倍的碳纖維布數(shù)量時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度提高了30.02%??梢婋S著碳纖維布的鋪貼數(shù)量越多,楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度提高效率會(huì)有所減緩,但抗壓強(qiáng)度值很高,因此可以根據(jù)實(shí)際的使用條件、經(jīng)濟(jì)條件來選取合適的碳纖維布數(shù)量。

      3 楊木結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度變化規(guī)律

      根據(jù)三種試驗(yàn)方案,對(duì)楊木結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。從表2 中可以看出,在楊木結(jié)構(gòu)上鋪碳纖維布能夠明顯的提高楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度,具體的為:當(dāng)采用方案A,即滿鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了59.52%;當(dāng)采用方案B,即間隔一塊鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了39.15%;當(dāng)采用方案C,即間隔三塊鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了19.58%。這是因?yàn)楫?dāng)鋪碳纖維布后能夠與楊木結(jié)構(gòu)共同承受拉力,從而提高楊木結(jié)構(gòu)整體的抗拉強(qiáng)度[15-18]。

      表2 楊木結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度變化

      對(duì)比方案A 和方案B 可以看出,當(dāng)提高一倍的碳纖維布數(shù)量時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度提高了14.64%;對(duì)比方案B 和方案C 可以看出,當(dāng)提高一倍的碳纖維布數(shù)量時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度提高了16.37%。可見隨著碳纖維布的鋪貼數(shù)量越多,楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度提高效率會(huì)有所減緩,但抗拉強(qiáng)度值提高,因此可以根據(jù)實(shí)際的使用條件、經(jīng)濟(jì)條件來選取合適的碳纖維布數(shù)量。

      4 楊木結(jié)構(gòu)極限拉伸長(zhǎng)度變化規(guī)律

      根據(jù)三種試驗(yàn)方案,對(duì)楊木結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限拉伸長(zhǎng)度試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。從表3 中可以看出,在楊木結(jié)構(gòu)上鋪碳纖維布能夠明顯的提高楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度,具體的為:當(dāng)采用方案A,即滿鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了40.52%;當(dāng)采用方案B,即間隔一塊鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了23.15%;當(dāng)采用方案C,即間隔三塊鋪碳纖維布時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度比未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)提高了6.19%。這是因?yàn)楫?dāng)鋪碳纖維布后能夠與楊木結(jié)構(gòu)共同承受拉力,從而提高楊木結(jié)構(gòu)整體的延性[16-20]。

      表3 楊木結(jié)構(gòu)極限拉伸長(zhǎng)度變化

      對(duì)比方案A 和方案B 可以看出,當(dāng)提高一倍的碳纖維布數(shù)量時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度提高了14.10%;對(duì)比方案B 和方案C 可以看出,當(dāng)提高一倍的碳纖維布數(shù)量時(shí),楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度提高了15.98%??梢婋S著碳纖維布的鋪貼數(shù)量越多,楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度提高效率會(huì)有所減緩,但極限拉伸長(zhǎng)度值提高,這說明碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料后楊木結(jié)構(gòu)變形能力得到有效改善,如果在地震作用下可以提高楊木結(jié)構(gòu)的抗延性破壞能力。因此可以根據(jù)實(shí)際的使用條件、經(jīng)濟(jì)條件來選取合適的碳纖維布數(shù)量。

      5 結(jié)論

      1)通過滿鋪碳纖維布、間隔一塊鋪碳纖維布和間隔三塊鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)相對(duì)于未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度分別提高了95.15%、61.89%和24.51%;隨著碳纖維布的鋪貼數(shù)量越多,楊木結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度提高效率會(huì)有所減緩,但抗壓強(qiáng)度值很高。

      2)通過滿鋪碳纖維布、間隔一塊鋪碳纖維布和間隔三塊鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)相對(duì)于未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度分別提高了59.52%、39.15%和19.58%;隨著碳纖維布的鋪貼數(shù)量越多,楊木結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度提高效率會(huì)有所減緩,但抗拉強(qiáng)度值很高。

      3)通過滿鋪碳纖維布、間隔一塊鋪碳纖維布和間隔三塊鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)相對(duì)于未鋪碳纖維布的楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度分別提高了40.52%、23.15%和6.19%;隨著碳纖維布的鋪貼數(shù)量越多,楊木結(jié)構(gòu)的極限拉伸長(zhǎng)度提高效率會(huì)有所減緩,但極限拉伸長(zhǎng)度值很高。

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