矩形空心截面木柱的力学性能研究
摘要：
摘要为了提高木材的利用效率，研制了一种以杉木（SPF）木材为原料的矩形空心木柱。本文对截面和偏心受压下的柱进行了试验研究。考虑了大范围的柱长细比和荷载偏心率，对柱的破坏模式进行了细致的研究。结果表明，中细长柱在轴压作用下发生了复合材料破坏和屈曲破坏，而长柱发生了屈曲破坏。轴压下柱的极限强度随长细比的增大而显著降低。切线模量理论的预测结果与实验结果接近。弯曲破坏是具有偏心受压荷载的中细长柱的主要特征，它经历了一个明显的非线性过程。一般情况下，随着偏心比的增大，柱的承载力呈下降趋势。二次弯曲和材料非线性是影响柱非线性响应的重要因素。提出了矩形空心柱在受压和受弯相互作用下的承载力分析模型。实验结果与计算结果吻合较好。
爱思唯尔有限公司2019年出版
关键词：木柱、空心柱、力学性能、非弹性分析、木材结构
- 介绍
木结构由于考虑到环境保护和可持续性，在世界范围内得到了广泛的应用。在许多类型的木材构件如梁柱、框架结构或受压构件中都遇到了竖向荷载或压缩和弯曲的组合。木制品几何和材料的非线性对木柱强度影响显著。近几十年来，对轴心受压和偏心受压下的木柱进行了大量研究。阿加瓦尔和考希克对实木柱的屈曲行为进行了研究考虑了材料缺陷和初始加载偏心的影响。俊井等人建立了计算不同长细比下木柱屈曲强度的公式。与木复合材料相似，李等人研究了竹片层合柱的力学性能，提出了稳定性系数的计算公式。郑等人进行了屈曲试验研究轴压作用下叠合柱的性能。此外，还建立了一些计算模型来预测木柱的屈曲行为及其精度模型的建立依赖于平行于晶粒的压缩应力-应变关系。
除偏心受压外，大多数木柱还承受偏心荷载。布坎南描述了一个模型来预测木材的强度在联合弯曲和轴向加载。赛尔等人提出了一种基于应变的木柱偏心受压计算模型。李等人对竹片层合柱在偏心压缩下的力学性能进行了试验研究。黄东升建立了偏心荷载作用下平行竹材柱的最终状态模型
通讯作者：南京林业大学生物材料国家工程研究中心，江苏南京210037 邮箱：wxr_1990@sina.cn(X.Wang)
各种各样的工程木材得到推广。然而，大多数木柱是实心构件。用相同数量的材料，空心截面柱可以提供更大的横向刚度比实体截面柱具有更大的二次惯性矩，从而使纤维资源得到更有效地利用。在文献中提出了制造空心木柱几个的概念。贝拉德等人生产了圆筒形单板层积材，并对其力学性能进行了研究。赵开发了一种薄壁钢管/竹制胶合板带粘接筋的空心组合柱。横向粘接筋能有效减少粘着界面的脱粘失效。介绍了西方人纤维增强木管的结构应用。吉尔伯特提出了一种生产长木皮基复合材料的结构解决方案。空心截面有效地改善了受压柱的失稳破坏性能。本文提出了一种由杉木(SPF)木材制成的矩形空心截面柱。对柱的压缩特性进行了试验研究。提出了一种预测空心柱偏心受压承载力了的计算方法。
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