预应力积成材的承载能力研究

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传统的胶合板和层板胶合木等大多数复合木材是采用若干块在同一幅面上相互拼接而成的单板来承受荷载。该类材料最初用于家具和装修上,后来逐渐应用作混凝土模板和集装箱底板,由于模板和集装箱底板主要承受弯矩,胶合板逐渐暴露出了抗弯能力弱、抗磨强度低等许多难以克服的缺点。针对上述传统胶合板类产品的缺点,本文将研究一种新型板材——预应力积成材,其做法是将胶合板材锯解成片状单元,然后将片材垂直于板面排列形成积成材,再通过预应力钢丝将上述积成材贯穿、挤压形成一个整体,即预应力积成材。预应力积成材结合了多元积成方法和预应力技术,应该具有更高的强度,更为重要的是,预应力积成材能以废旧木材为原料,既可保护原木又可降低生产成本。因此,通过确定各类参数的影响来研究预应力积成材的力学性能将具有重要的理论意义和工程价值。本文对预应力积成材进行有限元非线性屈曲分析和静力试验研究,以确定其在荷载作用下的承载能力以及变形能力;通过参数分析来探求构件稳定承载力的主要影响参数,最终得出能够指导工程设计的关于预应力施加值的建议。首先,本文进行了简支薄板面内受压的承载力分析,并且通过改变构件的几何参数,得出了单板内力分布、破坏模式以及承载力的变化规律。构件高宽比越大,破坏模式越趋向于失稳破坏,材料强度越不能得以充分的发挥。其次,本文通过一系列的参数分析确定了极限承载力影响因素的变化规律,从而重点分析了预应力积成材的内力分布和破坏模式。研究的参数包括预应力的大小、钢丝的布置方式、积成材的尺寸、初始缺陷、荷载的形式等。再次,本文通过木材单板叠加试验和预应力积成材参数化分析试验研究单板的叠加效果以及预应力积成材的承载力、受力模式、变形形态以及破坏模式,通过参数化分析讨论预应力大小、预应力钢丝直径及其布置方式对预应力积成材力学性能的影响。最后,在综合有限元分析和试验研究的基础上,提出了若干能够指导工程设计的关于预应力施加值的建议。
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