1. 研究目的与意义
握钉性能作为评价木材构件端面增强效果最重要的一个性能指标,用以评价碳纤维作用于落叶松木材构件端部产生的增强效果。
木材端面木质疏松、粗糙、面内力学性质差、易开裂等不足影响了木材构件的连接和荷载传递。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。握钉力是指木材与钉子之间的摩擦力。当钉子钉人木材时,钉子周围的木材纤维被分开,因为木材具有弹性,被分开的纤维对钉子形成压力,造成抵抗钉子拔出的摩擦力。握钉力的大小取决于木材的种类、含水率、密度、硬度、弹性、纹理方向、钉子的形状及其与木材接触面的大小等。在木材构件中端面握钉力远小于径面和弦面握钉力,这给木构件节点的设计和连接带来了不便。
为此本课题将采用碳纤维对落叶松木材端面进行增强,以提高落叶松木材构件端面的握钉性能。对木构件的设计及安全服役将具有重要的指导意义。
2. 国内外研究现状分析
碳纤维增强复合材料(CFRP)是目前最先进的复合材料之一,因此国外对增强用碳纤维的研究十分重视,对合成碳纤维原料及合成工艺都进行了相当广泛和深入的研究。目前,碳纤维在航空航天、汽车、机械方面的应用非常广泛。虽然CFRP在木梁弯曲强度的增强、木材构件的承载力增强等领域的研究已经取得了一定的进展,但目前还没有将碳纤维作用于木构件端面以增强力学性能的研究。
迄今为止,国内外对木构件端部增强的研究及措施主要有为防止构件端头进一步开裂在端面打入齿板、防裂钉或防裂环;为防止木材端部吸湿或受潮涂布涂料、石蜡或胶黏剂;对危险构件进行加固补救采取构件端头捆扎或金属箍紧固等,这些措施仅适用于端头外露的构件,局限性明显。且虽然近年来已有对木材构件端部增强的研究,但还未成熟,碳纤维作用下的增强性能仍有研究价值。而用握钉性能评价木材构件端面的增强效果的理论研究尚未见报道。(详见文献综述)。
3. 研究的基本内容与计划
试验材料:落叶松规格材,环氧树脂胶,聚丙烯腈基粉状碳纤维(长度0.5-1mm),
木螺钉(型号为gb846-85-st4.2x38-c-h十字槽沉头自攻镀锌螺钉,
实际长度39mm)。
4. 研究创新点
一方面,这是首次对木材构件端部的握钉研究,用握钉性能直观的检测木构件端部力学性能及其改变。
另一方面,对端部增强性端面的握钉研究,用以评价木材构件端面的增强效果,解决木材端面力学性能差、易开裂、疏松、粗糙等问题,从而能使得木结构建筑的稳定性得到本质的提升。
