文摘
提出了一种理论模型,考虑剪切变形的影响受到u型成员由几何参数凸缘高度基于薄层梁理论,分析结构弯曲u型成员增强木材复合材料梁的行为,和可行的设计形式的U-section已经指出。复合梁的算法是最实用和有效的方法来达到准确的解决方案。常见的公式形式的U-section。它的目标是开发一个合理的工程方法。比较验证了该模型的结果分析与实验结果和有限元分析。此外,结果表明,凸缘高度的价值可以五分之一梁高度相比,基于现状分析梁的两种类型。显示,这里提供的模型关联与广泛的木材和满意地梁钢筋等薄壁结构或铝合金钢板连着他们紧张的脸。
1。介绍
木材结构的自然特性是有吸引力的应用工程。木材结构是脆性材料,可以采用不同的加固技术避免容易易坏的部分建筑,如混凝土、钢材、FRP用于木梁和三明治梁(1- - - - - -7]。然而,增援部队经常使梁面对刚度退化和保税层分离由于插入中间滑动相关连接器的灵活性和变形(8- - - - - -10]。剪切应力起着重要作用的复合梁弯曲强度在许多研究,讨论和一些数值方法来估计它已经建立了5,9,11- - - - - -16]。马列等人提出,在混凝土的界面剪切应力和板梁导致弯曲裂缝相比其他物品包括拉伸应力,分析由独特的定义从高阶常微分方程应用于混凝土梁(17]。
一个u型系统成员提供加固木梁显示了韧性行为对板(18- - - - - -20.]。材料,如钢铁、铝、水泥石棉,GFRP采用所有可用的(21]。,一个u型的成员使用Theakston (GFRP布第一次讨论22]。
许多出版物(11,12,23,24)报道,使用u型成员可以有效改善最大弯曲能力。Rescalvo et al。19,20.)提出了数据展示挠曲强度的好处,和刚度的木材改善由于u型成员(19,20.]。同样的结果在u形钢筋梁级成员的应用程序的一项研究Subhani et al。25]。15.94%和16.10%的提高抗弯强度和刚度,分别从实验对比观察25]。
直到现在,各种多层复合梁理论已由许多作者(26- - - - - -31日]。几个具体的数学解决方案建立了基于得票率最高梁理论的概念,包括基于理论、一阶剪切变形理论,和高阶理论(32]。另外,爱德华和托马斯(2)开发了一种板理论,以反映薄层复合结构的力学行为模型所示没有外部强加的横截面的剪切力薄层(2]。侯赛因板理论的基础上,完成了分析和实验研究,给出一个计算模拟致力于胶粘剂的影响(9]。最近,塔板理论是用于薄壁钢加强木材复合结构(33]。
目前的研究对模拟u型成员钢筋复合梁的弯曲行为主要采取了方法计算应变关系基于伯努利定律(6,18]。Subhani et al。25)提出了一个算法与非线性模型(更准确25]。然而,相关仿真实验都是由可用的文学,这方法完全忽略横向剪切应变定义的模型考虑压缩和拉伸力量的平衡。
摘要木梁钢筋的力学行为与u型成员取得的薄壁板钢板或铝合金板与复合梁钢筋由两部分完全粘。方法估算弯曲能力不能充分适应原则,所以这项研究是基于薄层梁理论分析。钢板和铝合金广泛用于工程;尽管玻璃钢具有抗拉强度高的容易可塑造的属性,但是过早的玻璃钢很容易发生灾难性故障木头碎片当用于复合梁23]。本文将展示u形薄壁构件的弯曲能力加固木梁板理论。将规定的方法和较厚的复合梁34- - - - - -36]。它将被应用到反映正确的势函数U形弯曲能力和刚度对层滑动或剪切位移。
2。分析模型
几个具体的数学解析解复合梁的位移和压力与不同组合的专业文献。
一般来说,采取了两种不同的方法来研究复合梁:层厚梁理论和薄层梁理论。在厚层梁理论方法,研究人员想克服复合结构的连接问题和解释行为更准确地说,这是众所周知的梁之间本质上受到横向剪切部分。Girhammar et al。36]提出的内部行为和建立了第一,二阶偏转模型对滑移的影响。聂et al。37),基于均匀载荷,提出了刚度挠度分析还原法。Girhammar和Gopu38]给出一个精确的程序使用两个二阶常微分方程的计算层间滑移复合梁的挠度(37,38]。在薄层梁理论方法,主要是被称为夹层建筑形式的瘦脸面板、估计的分析模型和解决方案的有效力学性能粘合剂是不可避免的。理论研究了弯曲能力受到各种工作负载,和非刚性的胶板理论应用研究开发的侯赛因(1,2,9,39,40]。事实上,方法是由Kirchhoff-Love板理论。
2.1。力学模型
由于木材关节的高度非线性行为,螺丝等紧固件在自然界中潜在的韧性与粘关节的关节和木匠。抗压应力下,钢或铝合金板用于钢筋木材可以加载远远超过其弹性极限,并能够在明显塑性变形的方式,尤其是铝合金执行相应的机制与木材性质的行为。
薄层梁,基本结构原则是装饰带的共同行动,阻力矩抵消外部施加弯矩。图1描绘了隔离单元显示那一刻是恒定的厚度,和核心抵抗剪应力由外部负载。在图1,外部负载,代表两个部分之间的结合力,的值是由于装饰带剪切行为。然后,和与隔离单位弯矩和拉力。这种理论的模型定义了一个三明治结构由薄钢板作为主要贡献者抗拉强度(41]。隔离层厚梁单元模型两个孤立的梁连接在一起的胶图所示2。尤其是那一刻不同于每一个部分,但在图1,时刻的价值约等于薄层。
验证的可靠性设计模型的u型板加固木梁,德·拉·罗萨等人分析了他们使用改变了部分方法和部分平衡条件。德·拉·罗萨等人提出了理论根据公式来源于材料的应力-应变关系和平衡的条件与伯努利定律。然而,估计方法与实验获得的结果检查钢筋的玻璃钢18]。不同的计算方法来模拟u盘作为强化基于沈的工作了,这是翻译的厚厚一层梁理论和显示基于向元素添加U-section强度的贡献没有加强,而钢板加固材料在混凝土梁42]。U部分非刚性的粘附张力表面上的木梁和欠房地产自营由于取消包装形式,也是弱在自由边缘造成的压缩力下nonbonded胶法兰U截面的梁的侧面。因此,薄层梁可能是必要的,足以反映木材的机械模拟梁由u型成员在这种类型的材料属性。
制定平面的两层复合梁模型使用以下假设:(1)材料是正交的线弹性;(2)u型层是对称的平面变形和力量,和层不断连接只在梁的底部;和(3)面临着薄与核心深度相比。这意味着每个脸的抗弯刚度对其自己的中间表面可以忽略不计,因此,inplane强调抵制每个皮肤均匀分布在其厚度。
一个u形钢筋分布如图3,这是通过将木材制作的web U-section的一部分。拉伸力显然生成表面之间的连接的两个部分。有加载导致弯曲U-section翘曲的影响,如夹层之间的剪切应力和摩擦在web和法兰之间的木材,由于剪切位移引起的失真的影响在多大程度上飞机后部分保持面向弯曲。
2.2。剪切位移分析
一个层间滑动经常发展如果由足够的大小,因此影响显著的变形和应力分布复合系统。木梁的板组装有限刚度,由于变形,最有助于板和下面临的任何不平等的位移与层间滑动在沿边负载下的木材,假定的模型图4。美国部分不仅可以推迟垂直拉伸力P通过连接器,也防止剪切滑动法兰的增强功能。平面法兰之间的摩擦水平分布和木材功能抵抗局部相互作用特别是导致扁翘曲引起的力,作品一起强化连接器底部的梁和U-section产生的挤压力量,和扮演的角色补充压力以及摩擦垂直横向转移的接口。
3所示。数值分析
3.1。型模拟基于薄层梁理论
移动的元素纵切面矩形梁与均匀分布载荷下的u型成员以及集成一束长度l和的总负载问。质心之间的距离的本金moment-carrying成员h如图3。考虑到层间剪切粘结刚度的影响,定义为α,二阶微分方程2剪切应力)τ和偏转ω可以表示如下: 在哪里所有梁的刚度部分如果拆开吗复合梁的刚度部分粘在一起;弯矩和剪切载荷点位于距离x从反应计算如下:
常量的集成一个和B评估使用下面的边界条件;对边界条件进行计算和 的长度,0代表的两端梁和梁跨度代表中跨的一半。在点,或 ,可以通过方程(显示6):
使用上面的边界条件,下面的表达式一个和B可以得到:
由于获得的应变方程(9),最大挠度ω马克斯这下总压问集成和评价积分常数导致 在哪里 在哪里被定义为胶粘剂的剪切模量或剪切加载单位跨度导致单元滑移。
以类似的方式,跨中挠度的表达式实现其他负载位置的条件,和功能获得的积分常数是由代表 在哪里是负载的位置。
根据图表(2,9),并通过α成参数的数值评估研究中,总是增加诱导的值减少的时候仍按比例增加。
一个参数代表常系数在不同形式的负载分配用于各种表达式简洁的利益。结果可以简化根据方程(10),(16)和(17)和一个函数∆κ这反映了元素的接口之间的反应。
在方程(薄层梁10)描述的结果可以通过一个函数来表示W作为
这个函数被表示为方程(17)由于不同模型的不同加载模式:
在方程(第一种情况16), Δ在哪里κ计算偏置点负载下的术语。
可以看出参数在方程(17),(22)和(23很大程度上决定了功能导致跨中挠度。
3.2。厚厚一层梁
这个方法是模拟复合梁的二阶剪切变形理论提出了(43]。它假设位移u有一个立方通过各部分的厚度变化,对梁考虑力矩平衡微分方程修正剪切力对滑移的影响。由此产生的方程中跨的均匀分布荷载作用下梁的挠度如下:
同样,在偏置点,给出了负载 在所有的这些 厚厚一层梁在方程(18)和(19)可以简化
在第二种情况下方程(21), Δ在哪里κ2计算均匀分布载荷下的术语:
在这两种情况下,给出了位移的一般表达式,简支梁。可以看出,算法在两种情况下形成不同的关系与基本功能 。薄层理论的简化表达式包含了作为参数的函数调用。厚厚一层理论的表达式包含∆κ代表拦截对 。方程(26可以获得的) 在哪里弯矩,轴向力,是外部剪切力,代表每个部分,梁的高度。当忽视外部剪切力,该方法假设适用于模拟薄层模型方程(24)- (26);计算结果
可以看出,双方的方程(27),一组轴向界面力,符合事实的每个部分刚度导致平衡自己;即方程获得一个解决方案,以这种方式没有价值有关。这意味着两种情况下不能互换的方程计算复合梁的两种形式。数值和机械分析完成说明采用薄层梁理论的有效性和效率的数值分析u型复合木材成员梁不失一般性,层间剪切机有微不足道的影响,但面对正常压力提出了更大的敏感性债券刚度的变化值作为研究[9,17)显示。原则上,增加债券刚度引起面法向应力增加。相同的功能意味着采用表达式是合理的因为没有负载由法兰诱导假设一个优势在剩下的复合梁轴承负荷。
3.3。有限元分析
这项工作并不是旨在确定负载的关系和滑偏转复合结构,而是分析由u型弯曲行为加强成员提供。这里,此阴谋的弯曲能力仿真模型获得了关于法兰的高度与两种类型包含两种材料的复合梁的u型成员:一个是钢铁,另一个是铝合金。有限元分析基于实验如图6将进一步讨论。
(一)
(b)
钢铁是一个u型成员SU-OT梁l - 1的数据显示44),而AU-T梁是一种铝合金u型sheet-timber复合梁;铝合金的主要机械性能ƒt= 206 MPa,E= 0.7×105MPa,γ= 0.34;木材的测试的值Pseudotsuga menziesii木有ƒc= 28.32 MPa,E= 11003 MPa,γ= 0.3,E弹性模量,γ泊松比,ƒ吗t是屈服强度,ƒ吗c抗压强度。木材仿真基于三线性应变软化本构模型(45]和受损的塑性模型是用来描述铝合金的行为。有限元分析进行AU-T SU-OT;研究还发现的建模方法是有效的模型对试验载荷挠度数据校准。然后,模拟了保持相同的力学性能和改变AU-T的凸缘高度为0,5毫米,13毫米,26毫米,39毫米,52毫米,65毫米和0,5毫米,15毫米,30毫米,45毫米SU-OT轮缘高度。
可以看出AU-T梁的荷载位移响应通过ANSYS模拟图7建议增加u型的凸缘高度成员有重大影响的刚度下降趋势如图所示的位移在中跨梁相同的负载情况。拟合曲线(如数字8和9)略有高估AU-T梁和SU-OT梁和最大位移和应力的降低表明提供更高的承载能力。曲线显示的法兰高度u型成员采用1/5梁高度可用,并很明显,承载能力不会提高高度高于1/5梁高度。
比较碳纤维增强木梁,其承载能力的增加可能是产生这被证明是一个u型的成员的良好行为与纤维增强塑料(46- - - - - -48]。研究[18)不显示法兰高度和承载能力的关系,但是它可以发现减少轮缘高度将上级根据平衡和结构承载能力分析草图。
4所示。实验的木梁由u型成员
检查其有效性,薄层梁计算模型与实验结果相比是一个u形薄壁strip-timber复合梁。SU-OT [44),分析了AU-T通过使用本文中描述的方法和有限元方法。从数据,结果两种木材梁用于讨论。的一般视图SU-OT和AU-T如图6。木材制成的标本与梁相同特征的木材来源、质量、干燥时间、水分含量进行了测试。在这种情况下,载荷和位移,并根据这些信息,相应的应力/应变图被追踪。弹性模量的值,最大抗压强度和泊松比3.3。
加载应用程序的测试进行了两个点,并在中跨梁的位移和支持被千分表测量精度可达到0.01毫米。调查的细节行为的有效载荷挠度响应组件的弯曲进行了全面的测试实验;有相对韧性行为表现出载荷挠度曲线,仿真显示,测试结果相比非常相似的结果。关于承载能力相同的模型,观察到的结果的有效性参数用来预测行为的光束不同高度的u形凸缘提供了充分的估计。
实验结果如图10和11,比较之间的跨距中点位移的计算和测试或模拟使用薄层理论是列在表中1。获得的数据对应于负载应用经历了跨中位移和垂直荷载的梁,骨折。根据这些数据,得到了梁的荷载位移曲线如图7的图的意思是最终的断裂载荷下的应变值如图10和11。图10显示了沿着梁变形行为和应变分布,U型成员获得的值的极限拉伸应力与与木材的最大压应力加强U形达成的成员。当达到极限荷载时,拉应力与最大压应力将达到的终极点。结构表现出韧性行为。在图的载荷应变关系11提出了纵向应变沿加载过程。结果表明,没有发生分离。
(一)
(b)
(一)
(b)
从表可以看出1结果显示对应的极限荷载和极限跨距中点挠度的计算方程(12)和模拟的精确值。极限载荷的值表明断裂载荷,采用的实验数据(49由Pellicane[],和结论50)可以应用于铝合金的材料在使用算法。摘要K值是0.3482为AU-T SU-OT和0.4527。比较的结果的差异小于5%。验证是用来检查的有效性计算的数值模型和模拟u形钢筋木梁。它仍然需要各种实验进行进一步的研究和施工应用。
5。结论
因此,努力一直致力于发展的原型板的加强木材混合组件用于复合结构。u型成员结合木材不仅提供支持垂直力也水平力的分数之间的接口失败是由剪切滑移引起的。特别是木梁的分析发现,温和软化部分导致螺栓或螺钉单独制动之前没有携带垂直负载。
之间的界面粘结滑移行为的力学模型分析u型成员和木材,和有限元计算的结果所示,表明u形弯曲能力有利于成员,并可用法兰的高度被发现。
基于薄层梁理论计算方法验证了数值分析,可用于预测u形薄板的弯曲能力增强木材。
结果应视为定性而不是定量由于小范围的数据。然而,研究复合系统和u形钢筋木梁成员仍有待开发。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究得到了海南省自然科学基金(518 ms122和518 qn307)和中国博士后科学基金会(2018 m630722)。