燕尾榫样式对CFRP加固榫卯接长木梁抗弯性能影响试验研究.docx

燕尾桦样式对CFRP加固樟卯接长木梁抗弯性能影响试验研究摘要：通过11根木梁的静力受弯试验，研究燕尾样样式对样卯接长木梁加固后的抗弯性能的影响。试验结果表明，未加固前梯卯接长木梁承载力较低，仅为完整木梁的LO0%2.62%,经CFRP布加固后其抗弯承载力可提高至完整木梁的50%83.33%；旋转90°后，传统燕尾樟进行梯卯接长和采用梯头带梯肩接长，其抗弯承载力和能量吸收能力提高。燕尾梯梯头斜率从0.1变化至0.3,木梁的抗弯承载力和能量吸收能力随之提高，其抗弯承载力分别可达完整木梁的71.43%至83.33%,能量吸收能力分别达完整木梁的43.01%至61.33%。当燕尾樟桦头长度超过传统燕尾桦桦头长度时，其抗弯承载力、能量吸收能力和刚度反而降低。关键词：木梁；碳纤维布；樨卯节点；抗弯承载力；能量吸收能力中图分类号：TU366.2Experimentalstudyfortheeffectofdovetailstyleontheflexuralbehavioroftimberbeamsextendedbyamortise-tenonjointandstrengthenedbyCFRPsheets1.INHua-yi,JITao,DAITing-wei1,LINXu-juan1,ZHANGYing2(1.CollegeofCivilEngineering.FuzhouUniversity,Fuzhou.Fujian350116»China：2.CollegeofArchitecture.FuzhouUniversity,Fuzhou»Fujian350116,China)Abstract：Byastaticbendingtestofeleventimberbeams,theeffectofdovetailstylesontheflexuralbehavioroftimberbeamsextendedbyamortise-tenonjointandstrengthenedbyCFRPsheetswasstudied.Theresultsshowthattheflexuralloadingcapacityofthetimberbeamsextendedbyamortise-tenonjointandnotstrengthenedbyCFRPsheetsisrelativelylow,only1.00%to2.62%oftheintegratedwoodenbeams.Theflexuralloadingcapacityofthetimberbeamsextendedbyamortise-tenonjointandstrengthenedbyCFRPsheetsreaches50%to83.33%oftheintegratedwoodenbeams.Comparedwithtraditionaldovetailmortise,theflexuralloadingcapacityandenergyabsorptionabilityincreaseforthetimberbeamsextendedbydovetailmortiseorthedovetailmortisewithtenonshoulderafterrotating90degreeWiththedovetailtenonslopevaryingfrom0.1to0.3,theflexuralloadingcapacityandenergyabsorptioncapabilityofwoodenbeamsincrease.Theirflexuralloadingcapacitiesare71.43%to83.33%oftheintegratedwoodenbeamandtheirenergyabsorptioncapacitiesare43.01%to61.33%oftheintegratedwoodenbeam.Whenthelengthofdovetailtenonsexceedsthatofthetraditionaldovetailtenons,thebendingloadingcapacity,theenergyabsorptionabilityandthestiffnessofthetimberbeamsreduce.Keywords：timberbeam,carbonfiberreinforcedpolymer(CFRP),mortise-tenonjoint,flexuralloadingcapacity,energyabsorptionability0引言木结构建筑中，传统古建筑木结构由于制造工艺极其复杂、历史悠久，且不可复制，具有极高的历史、科学和艺术价值。目前，我国大量古建筑木结构房屋存在局部构件破损问题，主要有以下几种破坏形态“旬：(1)梁架歪闪及梁、彷构件的弯曲折断；(2)柱子下沉、歪闪等；(3)斗枳扭曲变形；(4)屋面漏雨；(5)楝子糟朽、折断、拔桦等。其中梁、防等受弯构件由于年久漏朽、虫蛀或荷载加大等原因，构件承载力退减，容易出现梁柱样卯节点脱卯现象，以及梁端腐朽问题。针对木梁及梁柱节点处维修加固的方法有贴补法、嵌补法、剔补法、下撑式拉杆加固法、1项目来源：国家科技支撑计划课题传统古建聚落规划改造及功能综合提升技术集成与示范(2012BAJ14B05)作者简介：林华艺(1990-),男，福建人，研究生，工程力学专业通讯作者：季韬(1972-),男，福建人，博士，教授，主要从事结构工程研究，it72(5)扁钢加固法、夹接法、托接法和更换新构件法等"咒这些方法通常需要增加、更换新构件以及利用扁钢或铁箍进行加固，不仅破坏了木结构原貌而且可能带来锈蚀问题。对此，在古建筑木结构的加固中，引入了纤维增强复合材料（FiberReinforcedPoIymer,简称FRP）进行加固。FRP具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性好、易于剪裁、施工性能好等优点，在木构件表面粘贴时不会增加重量，并可利用彩绘等装饰手法进行覆盖，不影响外观，从而更大程度上保留古建筑的原有样貌,保护了文物本身的历史、文化、艺术和科学价值。二十世纪六十年代起，国外的研究者IVangaard率先对玻璃纤维增强复合材料（GFRP）加固木梁进行了试验研究。近年来，国内外学者相继对不同的FRP粘贴方式、层数、类型等对加固后木梁抗弯承载力、延性及刚度的影响展开相关研究闵，其中：谢启芳、姬卓I、马建勋等阿研究了不同层数的CFRP布对矩形木梁的影响，结果表明随着CFRP布层数的增大，木梁的极限荷载增大；Triantafilk研究了粘贴U型FRP箍的矩形木梁的抗剪性能，结果表明木梁的抗弯强度、抗剪强度、刚度和延性等方面在加固后均有非常大的提高。尽管国内外学者对FPR加固木梁已有一定研究，但是针对历史古建筑木结构中梁端腐朽亟待维修的实际工程需要，本文提出一种新的维修方法，即将梁两端已腐朽的锯掉，用两段新木材与原中间段木梁通过桦卯形式进行接长，组成与原来总长相等的梁，同时在接长节点处包裹碳纤维（CFRP）布进行加固，这种方法可以保护未腐烂的中间段木梁。还未有学者提出过梯卯接长木梁这一概念，从而并无此方面的相关研究。开展FRP加固桦卯接长圆形截面木梁的研究，对保护古建筑具有十分重要的意义，本文着重研究不同燕尾椎样式对CFRP加固后梯卯接长木梁抗弯性能的影响。1试验本次试验共设计了11个试件，均为圆形截面，直径d=130mm,长度L=2000mm,净跨L0=1800mm,各试验梁具体参数及加固方案见表1,其中LO为完整木梁（作为对比梁），LlL5为桦卯接长木梁（未采用CFRP布加固），CLlCL5为桦卯接长木梁（在桦卯接长处采用碳纤维布加固）。本试验样卯样式及做法参照传统工艺技术1，具体样式图见图1图3,加固样式见表1和图4oL3L5是以L2为基础、CL3-CL5是以CL2为基础（即L3L5、CL3-CL5的燕尾桦旋转90°）进行参数变化得到，详见表1。表1试验梁参数Tab.1Testbeamparameters试验号樟卯形式变化参数梯头长度（）斜率大小加固方案LO原木Ll燕尾梯1号传统梯头方向650.1L2燕尾梯2号燕尾后旋转90。650.1L3燕尾梯3号带梯肩65L4燕尾梯4号斜率变大3倍650.3L5燕尾梯5号长度变长1100.1CLl燕尾梯1号传统梯头方向650.1CL2燕尾桦2号燕尾桦旋转90。650.1粘贴2层平行于木梁方向的纤CL3燕尾桦3号带样肩65维布，再粘贴1层垂直于木梁CL4燕尾梯4号斜率变大3倍650.3长度方向的纤维布环箍CL5燕尾梯5号长度变长1100.13939俯视图图1燕尾梯1号(单位：mm)Fig. 1 Firsttenonstyle(Unitzmm)Ln科n亘65127065主视图匚右视图6512703939俯视图图2燕尾梯2号（单位：mm）Fig. 2 Secondtenonstyle(Unicmm)南 口 135325I 迦 NhW32.512703 C32.5325“ vs”15 300 I3939主视图30065127065300右视图俯视图图3燕尾梯3号（单位：mm）Fig.3Thirdtenonstyle(Unitnnm)1长400mm,宽600mm纤维方向和木梁长度方向平行的碳纤维布；2宽200mm,长600mm纤维方向和木梁长度方向垂直的碳纤维布环箍图4加固方案(单位：mm)Fig.4Specimenreinforcementscheme(Unit:mm)1.2 木材的材料性能试验按木材物理力学性能试验方法(GB19271943-09)执行，测得木材的主要力学性能指标见表2。表2木材主要性能指标Tab.2Woodkeyperformanceindicators木材类型抗弯强度(MPa)抗弯弹性模量(MPa)顺纹抗拉强度(MPa)顺纹抗压强度(MPa)顺纹抗剪强度(MPa)杉木69.381077987.6333.585.161.3 加固材料指标CFRP布由福州骆驼商贸有限公司提供，性能指标见表3,粘结剂由杭州固安科技有限公司提供，性能指标见表4。表3CFRP布性能指标Tab.3CFRPfabricperformanceindicators型号规格厚度(mm)抗拉强度(MPa)弹性模量(GPa)I级30Og0.1673696242表4粘结剂性能指标Tab.4Binderperformanceindicators拉伸剪切强度(MPa)抗一强度(MPa)抗拉强度(MPa)抗压强度(MPa)8.254.940.178.12试验方案2.1 加载方案试验在福州大学结构实验室进行，加载方式为液压千斤顶手动加载，千斤顶置于荷载分配梁上，再通过钢垫板将荷载传递到试验梁，实现两点集中加载。根据木结构试验标准(GB"50329-2012)1，整个加载过程采用逐级加荷方式，先进行预加载(即先加载至2kN,