断裂力学模型下的脆性破坏Rails由于木材框架剪力墙的隆起

文摘

在部分固定木框架剪力墙,压紧装置不提供;因此,提升部队转移的紧固件sheathing-to-framing关节到铁路和底部通过螺栓从底部铁路为基础。由于力量螺栓和sheathing-to-framing关节不采取行动在同一垂直面,底部铁路受到拉伸应力垂直于底部铁的谷物和分裂可能发生。本文基于断裂力学的简单分析模型等分析底部rails。综述了现有的模型和几种不同的模型推导和比较定性和实验数据。断裂力学模型的得出几个导致破坏载荷的预测似乎足够良好的协议与实验结果证明他们的应用程序在实际设计。

1。介绍

一个塑料light-frame木材剪力墙分析和设计方法已被提出;见,例如,Kallsner和Girhammar [1]。在部分固定剪力墙,导致螺栓没有完全固定对隆起和相应的捆绑下部队将开发而不是sheathing-to-framing关节底部的铁路。关节这些系力量,除此之外,引入横向弯曲的底部铁路可能分裂失败沿着铁路的底部。同时,分裂的底部沿行铁路sheathing-to-framing关节可以发生。

在欧洲木材代码,Eurocode 5 (2),没有给出设计建议关于这些分裂轨底部的失败,虽然欧洲标准EN 5943)地址的问题拔火罐铁路由于底部隆起的加载。

实验工作的具体问题锚定轨对底部剪力和拉力都是非常稀缺的。朊病毒和林4]指出这样一个事实:在设计剪力墙时,重要的是要理解之间的差异压紧螺柱和螺栓的铁路底部。如果没有压紧,以防止这些脆性破坏模式,他们讨论了需要使用大型洗衣机将护套的偏心载荷通过钉子铁路和底部螺栓和基础。倪和Karacabeyli5)提出了两个方法,一个实验和一个力学方法,考虑到部分隆起时没有使用压紧连接。大多数研究迄今一直致力于外侧(剪切)电阻的地脚螺栓底部rails和基金会之间的关节;见,例如,平井一夫et al。6- - - - - -8)和Namura et al。9]。利奇等。10),利奇(11,梅内德斯等。12)指出的重要性,一个健壮的底部铁路连接和能力提供安全锚地,对侧(剪切)和颠覆的力量。Duchateau [13)研究了底部的抗隆起rails木剪力墙没有压紧为了保持底部铁路结构完整性。Yeh和威廉姆森(14]提供了一个实验研究结合剪切和抗隆起的木剪力墙结构面板。NAHB的报告(15),提出了一个实验性研究,四种类型的固定部分剪力墙与不同指甲大小和间距和小圆或大广场洗衣机进行了测试。分裂底部侧和底部铁路发生沿边缘的一面。

分裂的问题铁路部分固定底部剪力墙由于隆起,关于本文的焦点,此前研究Girhammar和Kallsner16),通过实证方法,通过塞拉诺et al。(17)和Caprolu et al。18),分析治疗。在塞拉诺et al。19)和塞拉诺et al。(17),对比有限元分析和分析解决方案。在Caprolu et al。18),进行了比较分析模型和实验结果。在目前的论文,这些论文提出的模型进行了综述和替代模型。模型预测与实验数据相比以前在Caprolu et al。20.,21]。为进一步工作,参见Caprolu et al。22章节中讨论)4最后一段。

2。实验背景

实验背景基于Caprolu et al。20.,21这里综述了)。本节的目的是给理解和评估所需的基本信息的功能提出了断裂力学模型。

2.1。试样和材料属性

标本是由底部铁加入到指甲套。材料属性如下:(我)下横档:云杉(PiceaAbies) C24根据EN 338 (23]。(2)护套:硬纸板,8毫米(湿法纤维板,HB。HLA2, EN 622 - 224),美森耐AB)。(3)Sheathing-to-timber关节:环形环柄指甲,50×2.1毫米(Duofast,诺Kartro AB)。衬板的孔predrilled, 1.7毫米。(iv)地脚螺栓:12 (M12)。底部的小洞,铁路是predrilled 13毫米。

2.2。测试程序和设置

两项研究分裂失败的能力下铁路进行了,叫研究,研究b。他们研究了rails底部单,双面衬板。两项研究之间的差异是单面衬板。(边界条件:细节可以在Caprolu et al。20.,21]。在研究中,负载应用在分布式方法在研究B创建一个铰链允许旋转的标本。(sheathing-to-framing关节)钉间距:在研究,钉子间距是50 mm系列1和25毫米系列2和3,而在研究B,这是对所有标本50 mm。()用于拧紧螺栓的扭矩:40纳米的应用研究和50纳米研究b ()位移速度:2毫米/分钟用于研究,通过错误,10毫米/分钟用于研究b .双面衬板,这两项研究的唯一区别是边界条件。实验计划的主要目的是研究的影响的边缘之间的距离垫圈和加载下横档的边缘,这里表示年代的破坏载荷和模式上,铁路底部。垫圈是多样变化的距离尺寸和地脚螺栓的位置根据表1标本的单面衬板,只有洗衣机大小对于双面衬板的标本,地脚螺栓的位置保持在底部的中心铁路所有测试。标本固定支撑结构,装有一个令人振奋的负载。数据1(一)和1 (b)显示实验的测试设置为单,双面衬板,分别。

在表1A和B,测试程序的研究是确定的。

2.3。测试程序和设置

2.3.1。失效模式

三个主要的失效模式,如图2被发现在实验项目:(我)模式1:分裂在底部一侧的轨道图2(一个)。(2)模式2:分裂沿铁路根据图边缘的一面2 (b)。(3)模式3:收益率和撤军的指甲sheathing-to-framing关节根据图2 (c)。

失效模式被发现主要依赖于距离在这两项研究。的距离1毫米,失效模式是唯一的失效模式,而对于距离毫米,失效模式2和3也出现(标本与髓向上和单面衬板,限制排除失效模式2和3毫米)。

2.3.2。失败加载,裂缝发展

在表中2和3,加载失败记录在列出的实验研究。表2是指面向标本与髓向上和表3与髓向下的标本。显示了每组平均破坏载荷。此外,平均每个失效模式破坏载荷,根据图2上市。在每个表,标本单和双面衬板都包括在内。

自测试一组数据为未来断裂力学方法,裂缝特征,也就是说,路径和长度进行了研究。发现裂纹的形成取决于螺栓位置,髓取向,年轮模式。

标本与单面衬板和髓向上(PU),三种类型的裂缝被发现为模式1和一个失效模式2,如图3。在同一图中,双面衬板的裂缝也显示,这两个额外的类型的裂缝失效模式失效模式1和一个额外的类型2被发现,对标本与单面衬板。失效模式1,裂缝总是启动铁路底部,底部的一面通常与螺栓位置沿轨底部的宽度,然后它发展在大多数标本垂直直线在一年一度的环向髓(图3(一个))或裂缝发起了中心和直线传播向髓(图3 (b))。在某些情况下,垂直裂缝发展一定长度,然后改变方向后年度环(图3 (c))。标本与双面衬板的数据3 (d)和3 (e)两个额外的裂纹路径所示:一个图3 (d)只发生两次,裂纹可能以这种方式传播,因为它找到了一个较弱的裂纹平面,而裂纹形状图3 (e)影响髓的位置。在所有其他标本,边境上的精髓是铁路和或多或少的中间截面宽度。通常裂纹传播向髓。

裂纹失效模式2总是在指甲sheathing-to-framing联合发起的,它传播水平一定长度,然后以更垂直方向偏离年轮(图3 (f)年度后)或为双面衬板,环(图3 (g))。

在图4向下,裂缝与髓标本的例子所示的标本与单一和双面衬板。裂缝特征类似于向上标本与精髓。底部的裂纹开始的铁路和发展垂直在一条直线(图4(一))或在一个斜线向加载下横档(图的边缘4 (b)),后者只有单面标本。在某些情况下,裂缝开始沿着年轮然后垂直方向的变化在一年一度的环(图4 (c))或“跳”到另一个年轮然后再遵循它的方向(图4 (d)),后者只在双面标本。在图4 (e)一个不寻常的“曲折的”裂纹路径显示双面标本。对于失效模式2,裂缝出现在指甲和传播水平的线一定长度之前遵循年度环(图4 (f))。

对于大多数的标本,裂纹萌生的位置之间的距离和底部边缘的铁路,表示在数据3和4结束,是衡量铁路故障模式1底部。对于失效模式2,横向裂纹的一部分的长度才改变方向,表示在数据3和4测量。在Caprolu et al。20.,21),测量和值列出。在表中4和5的测量值提出了对于髓向上和向下的标本,分别。

3所示。理论

一个线性弹性体与先前存在的裂纹区域被认为是。身体受到单一力量,,值导致先前存在的裂纹传播,。所谓合规的断裂力学方法,遵循从简单的能量问题,导致(25- - - - - -30.] 在哪里是破坏载荷,断裂的能量,是裂纹区域,合规,即偏转单元装载点的力量。

rails在底部部分锚定剪墙受到提升部队的衬板(见,例如,镍和Karacabeyli [5,31日],Girhammar和Kallsner [16],Caprolu et al。18)可能导致分裂的铁路底部。实验表明(图2),可以形成裂缝底部一侧的铁路和垂直传播(模式1)或一侧的铁路和横向传播(模式2)。第一种提出了塞拉诺et al。(17),这两种类型的裂缝被塞拉诺et al。(19)和Caprolu et al。18),和基于断裂力学解决方案(1)是派生的。

在本文中,综述了现有的断裂力学模型和替代模型基于(1)相互推导和比较和部分中给出的实验数据2。

3.1。水平裂缝(模式2)

3.1.1。模型1

图5显示了几何形状、边界条件和加载条件假定塞拉诺et al。(19)和Caprolu et al。18)底部裂纹传播水平的铁路。

底部的出平面宽度铁路来标示同时,假设裂纹传播在整个宽度,。问题考虑Caprolu et al。18)是减少合规的决心和分化的一个简单的悬臂梁与深度、宽度,长度,在那里裂纹长度。合规的悬臂梁,如果考虑到弯曲和剪切变形,给出了 在哪里弹性模量,剪切模量,如图5,是剪切校正因子(通常为一个矩形截面6/5)。和是perpendicular-to-grain方向适当的值。也许在这里注意,木材在切向和径向方向不同的属性。这个事实可能会采取适当考虑当使用数值方法(如有限元法(见,例如,Vessby et al。32)但在简单的分析模型是很难处理的。是进一步的实际应用程序通常不可能肯定地知道如何削减木材和面向结构。因此通常在分析模型为简单起见假定木材径向和切向方向具有相同的属性。这个假设也将被应用。

使用(1),和合规的(2),得到破坏载荷的表达式如下:

有人指出解决方案并不依赖于总深度,底部的铁路。

假设小裂纹长度()或假设弯曲变形可以忽略与剪切变形(即,)导致

方程(3)- (4)是相同的解决方案作为派生Caprolu et al。18]。

3.1.2。模型2

在Gustafsson [33),将一束end-notched如图的失败6被认为是。

虽然Caprolu中给出的模型等。18]假定只有剪切和弯曲变形的悬臂梁如图5贡献给合规,模型派生Gustafsson [33)也考虑来自深梁的一部分和额外的旋转悬臂因为梁刚度的深度不能被完全激活的角落附近的切口。在Gustafsson给出的解决方案33读如下: 在哪里和在图中定义6。应该注意的是,(5)是基于(1)和合规决定使用简单梁理论和假设剪切修正系数。

使用(5下横档,考虑图)5,(然后裂纹长度,)获得下列破坏载荷:

它指出,(6)考虑总深度的影响,的铁路。

在一个小的裂纹(特殊情况),或者如果假设弯曲变形与剪切变形(相比可以忽略不计),(6)减少:

方程(7)导致(4),。

3.1.3。模型3

在詹森(34),光束垂直于加载的谷物螺栓靠近边缘,接近光束被认为的结束。图7定义了几何。

基于文克尔地基Timoshenko-beam的理论,所谓quasi-nonlinear断裂力学推导的解决方案。破坏载荷的一般表达式不会变得简单,但对于一个小的裂纹长度()、相对简单的解决方案作为(8)得到: 在哪里是perpendicular-to-grain抗拉强度。

底部铁的水平裂缝可能被认为是一种特殊情况(8),即,从而导致

它指出,(9),导致(4)如果。

在van der和Leijten35),一个线性弹性断裂力学模型推导了简支梁在中跨由单一载荷加载垂直于谷物。(给出的解决方案10),又在哪里梁深度和吗加载边距:

它指出,(10)给两次破坏载荷为获得(7)。

它还指出,(10小边距离())导致,在那里在(9)。可能因此被视为一种特殊情况(10)。的半经验的广义版本(9)可能会提出:

方程(11),那么会导致(7),或。

方程(3)- (4)和(9)不包括底部铁路的总厚度。这意味着开裂也预测的情况下,加载的边缘距离非常接近底部铁路的总厚度。直觉上,分裂倾向应该消失在这种情况下,因为部分与深度()小刚度与深度从而提供小抵抗的偏转与深度。方程(6)- (7)和(11)把底部铁路的总厚度的影响考虑和预测无限高加载失败,;即横向分裂不是问题,如果指甲表面放置足够接近底部轨底部。

3.2。垂直裂缝(模式1)

3.2.1之上。模型1

从底部表面垂直裂纹传播的底部铁路、塞拉诺et al。(19,塞拉诺et al。17],Caprolu et al。18考虑一个完全固支梁如图8。

问题是在塞拉诺et al。17),在横向裂纹的情况下,减少到合规的决心和分化一个简单的悬臂梁。这是一个悬臂梁与深度、宽度,长度。裂纹长度是;也就是说,再次成为裂纹区域。合规的悬臂梁,如果考虑到弯曲和剪切变形,给出了 在哪里弹性模量,剪切模量,剪切修正系数,给出了几何图吗8。

应该注意的是,合规是由(12)是一个保守的估计自下面的悬臂梁裂纹尖端的一部分不被认为是但实际上给出了对刚度的贡献。

使用(1),和合规的(12),得到破坏载荷的表达式如下:

假设一个小的裂纹长度()导致

假设弯曲变形可以忽略(),(13)导致

假设小裂纹长度和弯曲变形可以忽略导致

3.2.2。模型2

悬臂梁如图8被认为是一次。然而,这里假定悬臂并非完全刚性夹在最后,但发生有限的旋转。加载点的挠度,,然后由 在哪里是贡献从悬臂的弯曲,的贡献从剪切悬臂,是一个旋转的贡献在夹悬臂。悬臂的旋转夹一端可能被认为是一个简单的线性弹性转动弹簧与合规,然后由偏转由于旋转 在哪里一般是裂纹长度的函数,。

合规由于弯曲和剪切再次由(12),因此总合规

分化的关于和使用(1)导致

如果下面的选择是为春天合规, 一个特别简单的表达式得到的破坏载荷,即

相似/不同(22)和(13)指出。

小裂纹长度,(22)给

假设弯曲变形可以忽略不计,(22)导致

小的裂纹长度和微不足道的弯曲变形导致

方程(24)是一样的(15)和(25)是一样的(16)。

3.2.3。模型3

在end-notched梁模型的推导Gustafsson [33],悬臂已经假定固定的转动弹簧模型2中完全一样。然而,在Gustafsson [33),合规,被选为旋转的春天 在哪里。

合规的春天也Gustafsson [33)选择的结果在一个简单的破坏载荷的表达式。然而,由于裂纹扩展考虑Gustafsson [33)使悬臂的长度增加,而这里的裂缝被认为是传播这悬臂的长度不变但其深度降低,裂纹扩展的影响变得不同的两种情况,因此不同的表达式(21)和(26春天合规优化简单)。

春天合规是由(26)已经证明给end-notched梁的好结果。如果(26)用于(20.),对破坏载荷获得以下表达式:

小的裂纹长度,,因此

如果从弯曲变形被认为是与剪切变形相比可以忽略不计,(27)给

和小的裂纹长度和弯曲变形可以忽略不计,

方程(29日)是一样的(15)和(24)和(30.)是一样的(16)和(25)。

3.3。额外的失效模式和修改

图2 (c)显示了一个故障模式(模式3)指甲和/或木材产量和指甲是退出轨底部。这个失效模式被Caprolu et al。18),超出了本文的范围,其重点是铁路底部的失败。提出的模型部分3所示。1和3所示。2分别考虑水平和垂直裂纹扩展。然而,除了裂纹扩展,考虑悬臂梁的弯曲和剪切的失败可能也会发生,导致铁路底部的失败。这里将使用简化模型。

水平裂纹扩展(模式2),下列方程也应考虑弯曲和剪切,分别为: 在哪里是perpendicular-to-grain抗拉强度,滚动剪切强度。

对垂直裂纹扩展(模式1),下列方程应考虑弯曲和剪切除了断裂力学模型:

底部的破坏载荷铁路被隆起是失败加载给定的最小值(31日)- (34)和两个选择模型(一个用于水平裂缝和一个用于垂直裂缝)的部分3所示。1和3所示。2。

断裂力学模型考虑部分3所示。1和3所示。2都是基于(1),考虑现有裂纹的长度。所需的所有派生模型预测负载传播裂纹随裂纹长度增加,和底部的最大负载铁路能够维持因此从模型获得通过假设裂纹长度为零。然而,它可能是相关假设某个最小或关键值,裂纹长度的,建议在塞拉诺和Gustafsson [30.]: 在哪里E_90年perpendicular-to-grain方向的弹性模量。不同的材料属性值可用于(35)的切向和径向方向如果这样的区别。

在Caprolu et al。18),(35)被认为是与部分中给出的模型3.1。1水平传播裂纹(模式2)和部分3.2。1对于一个垂直传播裂纹长度(模式1)。,悬臂梁考虑的部分3所示。2介绍了作为如图8,在那里是加载的边缘的距离铁路垫圈的边缘和底部是一个额外的长度的底部铁的事实可能不是完全夹紧垫圈的边缘。从(3)和(13),理论表达式,给定的值决定垂直裂纹扩展之间的限制(模式1)和水平裂纹扩展(模式2)一般正交的条件和包容的35)。各向同性条件的特殊情况(假设相同的材料属性的径向和切向方向)和假设零初始裂纹长度,他们决心的极限

水平传播裂纹(模式2)铁路如果底部的导致失败和一个垂直传播裂纹(模式1)如果导致失败。

此外,在Caprolu et al。18]估计从实验数据拟合使用(13)。

4所示。讨论

裂纹路径时预定的问题,如end-notched梁或分裂的光束垂直于加载粮食通过螺栓连接的裂缝传播的谷物,在底部铁路情况不是这样认为。提出的模型部分3所示。1和3所示。2假设裂纹传播水平或垂直,但实际上很可能是裂纹扩展的方向变化随着裂纹的增长。例如,在任何阶段考虑的横向裂纹的传播部分3所示。1,裂纹可能改变方向并开始垂直传播(如考虑部分3所示。2如果这需要更少的能量。

为简单起见,考虑最简单的水平和垂直的裂纹扩展模型,即模型中给出部分3.1。1和3.2。1并首次在塞拉诺et al。19)和Caprolu et al。18]。假设一个水平裂缝已经启动和生长长度,一个,如图5。什么长度的垂直裂缝开始生长在任何裂纹长度(如果有的话)?通过给出的解决方案是(3)和设置它等于(14),和。这些方程导致裂纹的解决方案将开始在竖直方向传播。图9说明了这个问题。根据(3),水平裂缝传播,直到在减少负载水平,然后垂直裂缝将开始传播。图9显示了每毫米破坏载荷下横档的长度作为横向裂纹长度的函数,,使用毫米,毫米,MPa,MPa,N /毫米,。使用的材料特性是塞拉诺et al。(19)和Caprolu et al。18]。使用(3)和(14),垂直的横向裂纹开始传播和独立于铁路底部的几何和材料特性。同样的运动可能会使用其他为水平和垂直裂纹扩展模型,而是一个显式表达式可以为点,一般不会给那里的水平垂直裂缝开始传播。

在塞拉诺et al。19)和Caprolu et al。18),假设perpendicular-to-grain抗拉强度MPa。如果进一步的假设(滚动)的抗剪强度MPa,包含(31日)- (32)会导致图10最初的水平传播裂纹还考虑在图9。

根据图10,水平裂缝将传播到一个8.5毫米的长度,然后弯曲破坏发生在悬臂由(31日)。

如果假设perpendicular-to-grain抗拉强度MPa(而不是2.5 MPa),然后(31日)导致曲线非常接近曲线对应于垂直裂缝图10和水平裂缝相交的曲线毫米(抗拉强度实验结果和讨论的价值,看到的,例如,Gustafsson [28),博斯特罗姆(36],Holmberg [37],Siimes [38])。木头的perpendicular-to-grain抗拉强度一直是一个有争议的财产部分是因为不同的测试标准可能会导致显著不同的值,部分原因是由于这一事实的力量是体积相关的。更详细的讨论,请参阅附录。

在实验项目,横向裂纹的一部分的长度才改变方向测量的一些标本,在表中给出4和5。裂纹长度测量底部两端的铁路如图11与单一标本,双面衬板。

所有试样底部rails毫米,毫米。因此,(3)和(14)预测,裂纹会改变传播方向垂直传播后22.5毫米水平。虽然测量数据表中给出4和5大致同意这个预测,实验结果太稀缺,变化太大了,对理论和实验之间的协议做出任何明确的结论。此外,如图10,裂缝方向的变化可能不仅是由于垂直裂纹扩展,而且由于弯曲破坏的悬臂梁考虑模型。木头的perpendicular-to-grain抗拉强度与重大变化有关,如图10,这可能会导致显著的横向裂纹的长度的变化。这是进一步确定洗衣机多少影响测量水平裂缝。洗衣机的影响没有考虑任何节中提出的模型3所示。1横向裂缝传播。最后,应该注意的是,骨折的模型都是理想化的模型,,例如,假设负载应用作为一个边缘的点荷载轨底部。在现实中,下横档上的负载转移的指甲长度超过一定水平方向。这可能有一些重大影响,不考虑在模型中。

然而,应该注意的是,(14垂直裂纹扩展和)(31日)悬臂的弯曲破坏预测无限高加载失败的最初水平裂缝()和(3)和(32)将因此确定铁路底部的破坏载荷水平传播裂纹。对于大多数实际应用,剪切破坏不相关。

底部垂直裂缝,开始传播的铁路,通常不会改变方向并开始传播水平,如果木材被认为是均匀和各向同性(即。没有区别是由径向和切向方向)。真正的正交各向异性和非均匀材料的裂纹,然而,走上了不同的道路,以数据3 (c)和4 (e)。图10表明剪切破坏通常会不会出现水平裂缝和垂直裂缝更是不可能。铁路的失败对于垂直传播裂纹因此实际的最小垂直裂纹扩展和悬臂的弯曲,也就是说,例如,分钟方程(13);方程(33)。

图12显示一个垂直裂纹扩展使用的材料属性,适用于图9和三个不同的值(= 2 MPa, 3 MPa,或4 MPa)。底部铁路的总厚度是假定为45毫米,假设垂直裂缝开始45毫米的边缘加载。

垂直裂缝、弯曲能力由(33)在一个有限值零裂纹长度和因此可能会否决裂纹扩展的断裂力学解决方案的价值取决于perpendicular-to-grain抗拉强度。例如在图12,会发生弯曲破坏MPa或更少;垂直裂纹扩展将发生MPa以上。

图12还包括(3下面的形式) 在哪里是距离铁路裂纹尖端和边缘加载,上面的裂纹尖端的距离底部一侧的铁路。方程(37)因此给出了负载的裂缝将传播水平在任何阶段的垂直传播。

的使用(3)和(13)的最初假设垂直裂缝底部表面底部铁导致的裂缝将继续垂直传播,如果启动一个距离从边缘加载。假设会导致横向裂纹扩展,直到,然后将垂直传播。横向裂纹扩展铁路在底部一侧的身体虽没有意义,但可以解释的方式(3)和(13)排除垂直裂纹萌生靠近边缘比铁路的深度。这种预测似乎大致与实验观察一致(数字3和4)。然而,另一种为横向裂纹扩展模型提出了部分3.1。2和3.1。3预测无限高加载失败;即水平裂缝不会传播底面底部附近的铁路。

在图13,(14),(23)和(28),它对应于模式1、2和3,分别是垂直裂纹扩展(模式1)与实验数据相比。图(13日)指与单面套标本,而图13 (b)指标本与双面衬板。所有三个方程是基于假设故障。以下材料属性被使用:毫米,MPa,MPa,N /毫米,(对断裂能量值,实验结果看,例如,史密斯et al。29日),reiter et al。39,拉森和Gustafsson40])。有效长度,已被使用毫米大约值确定的实验数据误差最小化的使用(13)和(35)中描述Caprolu et al。18所有标本考虑)。总负载应用于900毫米长底部铁路是策划作为距离的函数。双面衬板,乘以两理论表达式。

方程(23)和(28带来更好的协议与实验数据比(14)。方程(23)和(28)不同于(14)考虑额外的旋转悬臂夹一端。有人可能认为,额外的贡献,,悬臂的长度占相同的效果额外的旋转和不应包括在使用(23)和(28)。然而,由于洗衣机只有非常有限的长度方向延伸的铁路底部,是不合理的期望,任何2 d模型应该导致完美的协议测试没有某种经验调整。使用,毫米,似乎呈现很好的结果在一起(23)和(28)的价值已经优化了使用(13)。

图14比较(13)和(22)与实验结果。图(14日)指与单面套标本,而图14 (b)是指用双面标本。这里的初始裂纹长度(35)已经被使用。图中使用的相同的材料特性13应用,进一步MPa已经假定。再一次,嗯,已经假定。

而(13)一般来说似乎有点高估的破坏载荷毫米,(22)一般来说有点低估了破坏载荷。方程(13)使用(35),(23)和(28)导致大约同样良好的协议与实验数据。

在图15,(4),(7)和(11),它对应于模式1、2和3,分别是横向裂纹扩展(模式2)与实验数据相比。图(15日)指与单面套标本,而图15 (b)指标本与双面衬板。所有三个方程是基于假设故障。图中使用的相同的材料特性14在一起毫米,使用毫米。

方程(11)给出了一个预测的稍微好破坏载荷比(4)。方程(3)一起使用(35)给了非常精确相同的破坏载荷(11)。这里实际原因可能建议使用简单的(4)。然而,再次强调,(11)考虑的总深度下横档时(3)- (4)不。如果理论应用于底部rails与更大的深度和衬板钉在底部轨接近底部的底轨,这可能是重要的考虑这种影响。

在Caprolu et al。22),另一个比较研究提出了关于不同的模型提出了但它比较他们与其他详细的实验结果,包括参数测试。标本的实验研究分为三个部分相互匹配:()第一次的分裂能力和故障模式下rails受到提升进行了研究;(),那么材料特性,如抗拉强度垂直于纹理进行了研究;和()断裂能量是由测试标本从标本属于研究()。实验结果与目前的模型相比,使用的结果作为输入值()和()。几乎所有的测试模型结果与试验值吻合很好。

5。结论

提出了新的替代基于断裂力学分析模型并与现有模型的破坏载荷的确定底部rails受到隆起部分固定木材框架剪力墙。所有的模型提出了基于断裂力学的柔度法,并确定合规使用简单梁理论。梁理论正式不适用情况下梁的长度短比通常情况下的梁高断裂问题的应用程序。然而,合规根据简单梁理论时曾表现出非常好的结果用于断裂力学分析,例如,end-notched梁和螺栓连接加载梁垂直于粮食。

除了正式的问题使用短梁的梁理论,底部铁分析还包括困难,它是一个3 d问题。这是由于这样的事实:铁路是底部固定在基础的地脚螺栓和垫圈放置在底部的长度与间距相对较大的铁路与铁路底部的横截面尺寸。分析模型是二维模型,边界条件假定在2维模型不能有效的位置底部铁路。然而,尽管似乎过于简单化的分析,一些发现本文提出的模型能够给破坏载荷预测意外良好的协议与实验数据。唯一的小经验调整了模型假设梁的长度被认为是在垂直传播的模型分析裂纹加载底部边缘的距离铁路到最近的垫圈的边缘加上一个经验估计20毫米的长度。

对于垂直传播裂缝,现存的模型被发现产生优秀的预测如果假设一定的初始裂纹长度估计理论。一个新的替代模型同样被发现产生好的预测如果假设破坏载荷得到裂纹长度为零。

水平传播裂纹,实验数据显示相当大的变化和模型的善良很难估计。然而,一种新的模式基于半经验的修改quasinonlinear断裂力学方法同样被发现产生好的预测现有的模型。新模型曾被分裂的与巨大的成功应用,分析梁加载垂直于谷物通过螺栓连接,利用考虑底部铁路的总厚度。这种效应可能成为重要如果底部rails与更大的深度分析。

除了破坏载荷预测能力的简单分析模型预测裂纹扩展包括改变裂纹方向的探索。预测似乎大致符合可用的实验数据。然而,缺乏足够的实验数据和大的变化可用数据不允许任何明确的结论。

最后一个失效模式之间的比较,对裂纹长度,表明该模型能够反映测试结果的失效模式。

6。代码的含义

当使用部分固定剪力墙时,需要指定的设计的锚定轨底部。Eurocode 5不给任何建议关于这些事情。测试标准EN 594建议应该使用洗衣机50 mm直径为90毫米宽,38毫米厚框架。其他木骨架的宽度和厚度,建议需要Eurocode 5。

重要的是建立设计规则对铁路底部的分裂失败。有明确关系失败加载和垫圈的边缘的距离加载下横档的边缘。

这项研究的结果和研究Caprolu et al。22)表明,铁路受底部隆起的破坏载荷,对垂直分裂失败,失败加载给定的最小值(33)由于弯曲和(13)或(23)由于纵向开裂,横向分裂失败,(31日)由于弯曲和(3)或(11由于横向开裂)。

附录

Perpendicular-to-Grain抗拉强度和结的影响

木头的perpendicular-to-grain抗拉强度是已知体积的依赖。这种影响往往是通过威布尔薄弱的环节理论的解释。大量受到某种压力显示强度低于体积小受到同样的压力。这个体积效应对裂缝问题提出了一个问题由于高perpendicular-to-grain强调只发生在一个非常小的体积有关。

体积效应也存在对木材受到parallel-to-grain压力。这里我们会发现意味着抗拉强度100 MPa小clear-wood标本的普通软木物种,而C24的特征值根据EN 338年是14 MPa。

在詹森et al。41),辐射松级的perpendicular-to-grain抗拉强度是由测试45×70×240毫米³卷。平均值是1.5 MPa。特征值为1.2 MPa。这是一个大家所熟知的事实:辐射松级perpendicular-to-grain抗拉强度低于辐射松实木。

perpendicular-to-grain高拉伸应力在有关发生在量远小于测试45×70×240毫米³卷。

在詹森和Gustafsson [42),柳杉的perpendicular-to-grain抗拉强度是决定使用小沙漏形状的试样。记录破坏载荷和拉伸强度测定的破坏载荷除以最小的截面面积。大部分的标本没有失败在最小的截面,和抗拉强度最小截面因此高于价值决定的。抗拉强度被发现4.1 MPa标准差为1.3 MPa。

柳杉的密度相对较低,一般认为是大大弱于北欧软木。

在手稿,问题考虑裂缝面是钉子的位置所决定。同样,水漏测试的最小截面形状的标本是预先确定的。最薄弱的环节不太可能位于裂缝面就在有关,因此被认为是断裂的抗拉强度相关问题应将大大高于建筑木材大小决定的。

骨折模型没有明确考虑结的影响。可以说,模型以通常的方式包括节通过材料属性。

然而,对于模式我木头断裂问题,事实上结不降低强度。非常相反,结附近的裂纹通常严重增加强度。这也是因为perpendicular-to-grain拉应力在裂纹发生在非常小的体积。粒周围的木头包装结洞,和前面的纹理方向只有一个结通常是几乎垂直于裂缝平面,也就是说,我们得到了拉伸应力平行于这里的粮食。

第一作者已经亲自测试大量的梁和所谓板标本(见詹森et al。41];詹森和Gustafsson [42])与螺栓加载垂直于粮食和木材造成分裂。结总是作为强化这种分裂问题。在一些情况下,试样与结附近的有关必须省略了因为他们失败导致荒谬的高负荷,造成非常大的埋置前失败。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者想给他们真诚的谢谢你的财政支持在搏腾县行政委员会,区域Vasterbotten委员会和欧盟:欧洲地区发展基金、地区结构基金和区际项目。

引用

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