[發(fā)明專利]基于木材抗壓強度預(yù)測木材抗剪強度的方法

有效

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112432849B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊娜;李天昊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發(fā)明公開了一種基于木材抗壓強度預(yù)測木材抗剪強度的方法，該方法將木材受壓狀態(tài)下的微觀特征與SunChen模型相結(jié)合，得到能夠描述木材多種受力狀態(tài)下的強度方程。由于木材抗剪強度主要通過木材順紋和木材橫紋受剪狀態(tài)下的極限承載力評估，因此本發(fā)明的方法能夠提供兩種狀態(tài)下的強度方程。木材順紋狀態(tài)下強度方程中的系數(shù)通過木材順紋受壓應(yīng)力?應(yīng)變曲線獲取，并結(jié)合木材主軸順紋受壓屈服強度預(yù)測木材順紋受剪極限承載力；木材橫紋狀態(tài)下強度方程中的系數(shù)通過木材橫紋受壓應(yīng)力?應(yīng)變曲線獲取，并結(jié)合木材主軸橫紋受壓屈服強度預(yù)測木材橫紋受剪極限承載力。本發(fā)明的方法通過紅松木材試驗予以驗證，與預(yù)測結(jié)果對比，驗證方法的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及木材力學(xué)性能預(yù)測領(lǐng)域，尤其涉及對木材順紋(LR平面)受剪和橫紋(RT平面)受剪極限承載力的預(yù)測。

背景技術(shù)

木材屬于多孔、非勻質(zhì)、各項異性材料，其具有輕質(zhì)、高強、易加工、可回收的特點，這些特點催生了木結(jié)構(gòu)這一建筑結(jié)構(gòu)形式，同時這些特點也是當(dāng)前木結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速的原因。安全可靠地設(shè)計木結(jié)構(gòu)建筑的前提是對其材料的力學(xué)性能進行深入了解，而木材力學(xué)性能主要包含抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度和抗剪強度四個方面，木材強度通常通過屈服承載力和極限承載力進行描述。同時，木材屬于正交各向異性材料，因此上述四種力學(xué)性能通常被劃分為順紋和橫紋兩大部分進行研究。

上述四種受荷載形式在實際木結(jié)構(gòu)建筑中十分常見，尤其是木材受剪工況。在梁、柱連接核心區(qū)和梁端、柱端均存在剪力，而且剪力往往會造成極其危險的脆性破壞。因此對于木材順紋(LR平面)受剪和橫紋(RT平面)受剪極限承載力的獲取是目前較為熱門的問題。目前木材抗拉強度、抗壓強度和抗彎強度均有統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，盡管各國間的規(guī)范在加載方式和尺寸上稍有差異，但原理一致，并無爭議存在。而木材抗剪強度的獲取雖然有中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1937-2009，美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM-D143和日本標(biāo)準(zhǔn)JIS02-2401等規(guī)范，但是因為按照上述規(guī)范進行的剪切試驗很難達到純剪狀態(tài)，剪切破壞過程中總有彎曲應(yīng)力的存在，規(guī)范試驗獲得的剪切破壞極限承載力往往與木材受剪極限承載力間存在差異。剪應(yīng)力在剪切破壞面上分布不均勻，試塊凹角處有嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，上述問題使得木材抗剪強度獲取飽受爭議。目前，針對規(guī)范試驗的不足，學(xué)者們設(shè)計了許多新型剪切試驗裝置，以嘗試獲取木材純剪狀態(tài)下的極限承載力，遺憾的是這些新型裝置依然存在諸多問題，例如試驗中木塊的理論破壞面未破壞，而開裂位置往往發(fā)生在試驗裝置與試件接觸面邊緣。破壞前往往出現(xiàn)較大變形，使得受剪破壞時，試件內(nèi)部的應(yīng)力形式發(fā)生變化，且試件與裝置之間發(fā)生滑移。因此雖能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，但卻需要大批量的試驗，并人為遴選其中良好的結(jié)果。目前，僅依靠剪切試驗獲取木材受剪狀態(tài)下的極限承載力十分困難。

針對上述問題，本發(fā)明公開了一種可以跳過木材剪切試驗直接獲取木材受剪狀態(tài)下極限承載力的方法，該方法使用木材受壓試驗結(jié)果，獲取能夠描述木材受剪狀態(tài)的強度方程，從而獲取木材純剪狀態(tài)下的極限承載力，極大方便了木材抗剪強度的研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于木材抗壓強度預(yù)測木材抗剪強度的方法，可通過木材壓縮試驗結(jié)果，結(jié)合改進的單向纖維復(fù)合材料方程，簡單、準(zhǔn)確的獲取木材受剪極限承載力。

為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

木材抗剪強度通常分為順紋(LR平面)抗剪強度和橫紋(RT平面)抗剪強度兩種情況，因此一種基于木材抗壓強度預(yù)測木材抗剪強度的方法，包括：基于木材順紋(LR平面)抗壓強度預(yù)測木材順紋(LR平面)抗剪強度方法和基于木材橫紋(RT平面)抗壓強度預(yù)測木材橫紋(RT平面)抗剪強度方法；

所述基于木材順紋(LR平面)抗壓強度預(yù)測木材順紋(LR平面)抗剪強度方法，步驟如下：

將SunChen模型中原屈服函數(shù)簡化為LR平面狀態(tài)下的屈服函數(shù)f(σ_ij)，方程如下：