一种层叠梁单元的钢_FRP板增强胶合木梁受弯性能分析研究

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1、广州大学硕士学位论文一种层叠梁单元的钢/FRP板增强胶合木梁受弯性能分析研究专业：结构工程硕士生：曾昭日指导教师：朱勇摘要目前，随着我国政府对节能环保的日益重视，胶合木材料作为一种绿色环保材料必将具有良好的应用前景。胶合木是现代木结构主要材料，它具有强度高、构件尺寸与截面形状不受限制、实现劣材优用、受力性能好、绿色环保等优点。但是由于胶合木的材料特性问题，胶合木梁在荷载作用下通常发生底部受拉破坏，而上部材料的抗压强度却没有得到充分利用。其次，纯胶合木梁的承载力低、变形较大，不一定能满足实际需要。针对上述问题，本文以钢板/FRP板作为增强材料，并构造出一种层叠梁单元来研究钢

2、板/FRP板增强胶合木梁的受力性能。本论文研究工作和结论如下：以Timoshenko梁理论为基础，推导出了Timoshenko层叠梁形函数，然后使用Timoshenko’s层叠梁函数作为钢板/FRP板增强胶合木梁单元的形函数。并根据胶合木的构造特点，建立了一个简单的两节点层叠梁单元。使用建立的层叠梁单元能够模拟浅梁和中深梁，单元模型也可有效避免剪力自锁现象，同时建立的单元中考虑了材料非线性和几何非线性性质。将该位移插值函数代入几何方程中获得应变矩阵，然后再采用T.L格式求得切线刚度矩阵，最后成功的建立了钢板/FRP板增强胶合木梁的有限元模型。基于前章建立的单元刚度矩阵，使

3、用Fortran语言编制了一个非线性有限元计算程序，使用程序对6根钢板增强胶合木梁及3根FRP板增强胶合木梁进行模拟计算，然后与对应的试验结果相比较，发现两者的荷载-挠度曲线可很好的相吻合，验证了该单元模型及编制程序的正确性。运用本文编制的分析程序和ABAQUS软件对同一增强胶合木梁进行有限元对比分析，进一步表明了本模型方法的正确性和分析的方便高效性。最后，对配筋胶合木梁进行了参数研究，首先以杨木为基材，选用了花旗松、落叶松对截面进行了优化设计。发现配置花旗松和落叶松承载力分别提高了12.1%~48.4%、14.5%~56.9%；然后采用钢板、FRP板来改善杨木胶合木的力

4、学性能，承载力分别提高I一种层叠梁单元的钢/FRP板增强胶合木梁受弯性能分析研究了10.3%~27.3%、14.5%~44.2%，接着推导了钢板/FRP板的胶合木梁的受弯承载力计算公式。关键词：胶合木；层叠梁单元；有限元程序；钢板/FRP板；受弯性能II广州大学硕士学位论文StudiesofSteel/FRPReinforcedGlulambeamFlexuralBehaviorsbyaCompositeBeamElementMajor:StructuralEngineeringName:ZengZhaoriSupervisor:ZhuYongAbstractAtpres

5、ent,asourgovernmentattachesgreatimportancetoenergyconservationandenvironmentalprotection,glulamasakindofgreenenvironmentalprotectionmaterialwillhaveagoodapplicationprospect.Asthemainmaterialofmodernwoodstructure,glulamhastheadvantagesofhighstrength,unrestrictedsectionshape,gooduseofinferi

6、ormaterials,goodstressperformanceandgreenenvironmentalprotection.Meanwhile,thebearingcapacityofpureglulambeamsislow,largedeformation,dissatisfactiontheneedsofpracticalengineering.Basedonabovesituation,thesteel/FRPplateisadoptedasreinforcingmaterialbeams,thebendingperformanceofsteel/FRPpla

7、te-reinforcedglulambeamsarestudiedbycreatingacompositebeamelementinthispaper.Thefollowingresearchismadeinthispaper.BasedonthetheoryofTimoshenkobeam,theTimoshenkolayeredcompositebeamshapefunctionisderived,Timoshenko’scompositebeamfunctionsareemployedtorepresentthedis