1. 研究目的与意义
近年来,木结构建筑作为新兴的绿色建筑,在建筑行业的发展越来越好,但是由于木材的特性,也存在着一些问题。其中,安全性和稳定性是研究木结构建筑的重点。在建筑结构中,木构件起连接和传递荷载的作用,是构成木结构建筑结构的主要材料。构件间的荷载传递主要通过木构件连接点实现,连接节点是由木构件端部相连构成。木材端部是木构件中力学性能最薄弱的部位,因此,木构件端部的耐久性研究也成为重中之重。
随着高强抗拉性能的碳纤维的出现,采用碳纤维增强木材端面成了一种有效的技术手段。通过在木材端面粘结复合碳纤维不仅可大幅度提高木材端面面内的力学性能,而且其尺寸稳定性也能得到明显改善。
然而,碳纤维增强后的木构件用作结构材时,经常会在湿热效应的影响下,造成复合材界面及各构成单元老化,使得木材和环氧树脂的力学性能降低,尤其在高温高湿下受载时,力学性能将降低更多。碳纤维与木材间界面应力传递受到了直接影响,碳纤维在木材端面上的增强作用也将被大大削弱。
2. 国内外研究现状分析
当今,国内外对木构件端部增强的研究及措施主要有:在端面打入齿板、防裂钉或防裂环来防止构件端头进一步开裂;涂布涂料、石蜡或胶黏剂来防止木材端部吸湿或受潮;采取构件端头捆扎或金属箍紧固等对危险构件进行加固补救等。这些措施仅适用于端头外露的构件,局限性明显。
碳纤维从20世纪60年代初发明至今,经过五十多年的不断发展,已形成相对固定的技术与产业格局,且日本和美国在该领域遥遥领先。中国虽从20世纪60年代末才开始研发碳纤维技术,目前研制和产业化建设也取得了长足进步,碳纤维产业已粗具规模,在航空航天、汽车、体育休闲等方面的应用非常广泛。
将碳纤维用于木材加固技术的研究已经开始出现,国内外多位学者、专家也进行了相关研究,尤其是南京林业大学木结构建筑系的杨小军副教授,从2012年至今一直从事这方面的各种研究。
3. 研究的基本内容与计划
试验材料:桦木、水曲柳规格材;粉状碳纤维(cfrp),由聚丙烯腈基碳纤维制成;电阻应变片,型号4mm2mm。
试验设备:高低温湿热试验箱、应变测试仪、干燥箱等。
试验方案:1.木材端面及复合界面等温湿效应研究;2.木材端面及复合界面等湿热效应试验;3.非对称复合材界面湿热效应研究。
4. 研究创新点
这是首次利用湿热环境试验,对碳纤维增强木材端面及其构成单元界面进行研究,以此来考察湿热环境条件下界面变化及面内力学性能衰减规律。这将为进一步提出改善此情况的措施提供依据,对加强和维护木结构建筑的安全性和稳定性具有重要的实际意义,也为木结构建筑的进一步推广和发展提供了便利。
