论文部分内容阅读
正交胶合木(Cross-laminated timber,CLT)拥有高强度、防火抗震等一系列优异性能,被广泛应用于中高层木结构建筑中。当CLT用作楼面板或屋面板等承重结构时,承受垂直于板面的面外荷载,横向层容易发生滚动剪切破坏。因此,研究CLT滚动剪切破坏的损伤演变规律,对更好地理解CLT的结构性能和确保大型木结构建筑的安全稳定具有重要的现实意义。论文基于声发射(Acoustic Emission,AE)技术和数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法对CLT滚动剪切破坏过程进行实时监测,采用AE参数分析法研究不同表层材料(SPF和重组竹)和不同横向层树种(SPF、花旗松和樟子松)CLT的横向层微裂纹萌生和扩展的AE特征。同时,根据DIC采集的应变信息分析不同横向层树种CLT的表面应变场特征,进一步研究AE参数分析法对CLT滚动剪切破坏的损伤演变是否具有预判作用,以及CLT在发生滚动剪切破坏过程中横向层微裂纹萌生和扩展的规律。另外,对CLT滚动剪切破坏过程中的AE信号进行聚类分析,建立CLT滚动剪切破坏机制与AE信号的直观联系。首先,论文研究了不同表层材料和不同横向层树种CLT的滚动剪切强度和破坏模式。试验结果表明:不同表层材料CLT中,SPF和重组竹的滚动剪切强度平均值分别为2.13MPa和2.62MPa,重组竹作为表层的CLT滚动剪切强度比SPF表层CLT高18%,表层材料对CLT滚动剪切强度影响显著。不同横向层树种CLT中,花旗松和樟子松作为横向层的CLT滚动剪切强度平均值分别为2.20MPa和1.69MPa,花旗松的滚动剪切强度平均值仅比SPF高3%,两者较为接近;樟子松的滚动剪切强度平均值最低,分别比花旗松和SPF低30%和26%,横向层树种对CLT滚动剪切强度有显著影响。横向层薄弱点处萌生裂纹,裂纹沿木射线方向或早晚材界限延伸扩展,最终CLT发生滚动剪切破坏,其中重组竹作为表层材料的CLT滚动剪切破坏过程短,程度剧烈。其次,论文利用AE技术和DIC方法实时监测CLT滚动剪切破坏试验,表征和评价CLT滚动剪切破坏过程。试验结果表明:CLT滚动剪切破坏过程中,其累计能量和累计振铃计数曲线随时间变化趋势相似,幅值、能量和振铃计数三者之间具有良好的相关性。不同横向层树种CLT之间,花旗松比SPF和樟子松更容易产生AE信号,其内部早期最先发生损伤。CLT滚动剪切破坏的损伤演化可以分为两个阶段:损伤累积阶段和破坏阶段。前者AE信号幅值偏低,累计能量和和累计振铃计数曲线增长缓慢;后者累计能量和累计振铃计数曲线急剧升高。AE技术能准确表征CLT横向层裂纹萌生、扩展等内部损伤演化,DIC能有效直观地测量CLT表面应变,根据表面应变集中区域的演变来提前预测出CLT横向层裂纹萌生的位置,AE技术和DIC方法的结合能从内而外的监测CLT滚动剪切破坏的损伤演变过程。最后,论文对AE信号聚类分析,建立CLT滚动剪切破坏机制与AE信号之间的联系。试验结果表明:四种不同CLT试件滚动剪切破坏过程产生的AE信号可以分为2-3类,其中主导CLT滚动剪切破坏的AE信号主要有两大类:主要AE信号和次要AE信号。主要AE信号占比70-88%,幅值范围在52-70dB,持续时间长,来源于CLT横向层微裂纹的萌生,内部损伤累积;次要AE信号占比在12-29%,囊括所有高幅值的AE信号,持续时间范围小于主要AE信号,由裂纹不断延伸扩展所产生。