【摘要】：地仗工藝是傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的表面處理工藝,地仗層包裹在木構(gòu)件表面,有效提高了木構(gòu)件的防腐和防蟲(chóng)性能,但其對(duì)木構(gòu)件防火性能的影響尚不清楚。本文采用傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的“一麻五灰”地仗工藝,對(duì)木梁、木柱進(jìn)行處理,通過(guò)試驗(yàn)研究和有限元模擬,對(duì)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)典型構(gòu)件的耐火極限和受火后力學(xué)性能進(jìn)行較全面的研究。本文主要內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)選取木結(jié)構(gòu)建筑中常見(jiàn)的南方松木材,進(jìn)行了10根木梁和10根木柱的耐火極限試驗(yàn),研究了持荷比、截面尺寸、表面處理方式等因素對(duì)木構(gòu)件耐火極限的影響規(guī)律。結(jié)果表明,木梁和木柱的耐火極限隨持荷比增大而降低,隨截面尺寸增大而提高;一麻五灰地仗處理能有效延緩木構(gòu)件內(nèi)部熱電偶的升溫速度,顯著提高構(gòu)件的耐火極限。(2)對(duì)耐火極限試驗(yàn)后的木構(gòu)件進(jìn)行了炭化層厚度分析,結(jié)果表明圓木柱除去炭化層后的剩余截面基本仍呈圓形;矩形截面木梁三面受火后的剩余截面呈U型,底面邊角處呈弧形,木梁沿截面高度方向的炭化速度略大于沿截面寬度方向的炭化速度;試件截面尺寸和持荷比對(duì)炭化速度影響不明顯,一麻五灰地仗處理能有效減小炭化速度。(3)基于強(qiáng)度折減法推導(dǎo)適用于軸心受壓圓木柱耐火極限的理論公式,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合良好,說(shuō)明采用強(qiáng)度折減法計(jì)算圓木柱耐火極限是可行的�；诖颂岢鰣A木柱防火設(shè)計(jì)中確定最小截面尺寸的方法。(4)針對(duì)木材正交各向異性、拉壓強(qiáng)度不相等和拉壓破壞模式不同的特點(diǎn),編制了VUMAT用戶材料子程序,對(duì)木材彈性階段的本構(gòu)模型、高溫下力學(xué)性能的折減規(guī)則、受拉受壓模式下的屈服準(zhǔn)則以及屈服后的損傷模型進(jìn)行了定義。(5)采用ABAQUS軟件調(diào)用VUMAT用戶材料子程序,對(duì)木構(gòu)件進(jìn)行了熱-力耦合分析,數(shù)值模擬得到的截面溫度場(chǎng)、耐火極限和位移-時(shí)間曲線與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。(6)進(jìn)行了12根木梁和14根木柱受火后力學(xué)性能的試驗(yàn),研究了剩余承載力、荷載-位移曲線、初始剛度和截面應(yīng)變分布。結(jié)果表明,木構(gòu)件受火后剩余承載力和初始剛度均隨受火時(shí)間增加而減小,一麻五灰地仗處理能顯著降低剩余承載力和初始剛度的減小幅度;運(yùn)用ABAQUS軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。(7)以受火時(shí)間為參數(shù),通過(guò)有限元模擬對(duì)構(gòu)件炭化速度進(jìn)行了參數(shù)化研究,結(jié)果表明,隨著受火時(shí)間增加木柱炭化速度逐漸減小且減小幅度趨于平緩,炭化速度與受火時(shí)間符合冪函數(shù)關(guān)系,通過(guò)計(jì)算得到炭化速度與受火時(shí)間的擬合公式。(8)基于強(qiáng)度折減法提出短木柱受火后剩余承載力計(jì)算公式,提出適用于不做表面處理和經(jīng)過(guò)一麻五灰地仗工藝處理木構(gòu)件的折減系數(shù),與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。
【圖文】：

本文的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)火災(zāi)性能研究以火災(zāi)試驗(yàn)為主，輔以有限元模擬進(jìn)行對(duì)比�；馂�(zāi)試驗(yàn)前對(duì)該批次木材的材性進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)相關(guān)試件進(jìn)行地仗工藝處理。由于 ABAQUS 軟件中沒(méi)有能適用木材的材料模型，利用 fortran 編譯器編制適用于木材的 VUMAT 用戶材料子程序嵌入 ABAQUS 軟件進(jìn)行計(jì)算。本章對(duì)火災(zāi)試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作及有限元模擬的基礎(chǔ)理論進(jìn)行介紹。2.2 火災(zāi)試驗(yàn)準(zhǔn)備2.2.1 材性試驗(yàn)(1) 密度測(cè)定參照 GB/T 1993-2009《木材密度測(cè)定方法》[32]，制備 5 個(gè)邊長(zhǎng)為 50mm 的立方體試樣用于測(cè)定南方松的密度，如圖 2-1 所示。測(cè)量試樣順紋方向、橫紋徑向和橫紋弦向的邊長(zhǎng)并記錄，用 JA-503 電子精密天平稱出試樣質(zhì)量并精確至0.001g，如圖 2-2 所示。由試樣質(zhì)量與體積計(jì)算得到相應(yīng)試樣的氣干密度，計(jì)算結(jié)果如表 2-1 所示。

本文的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)火災(zāi)性能研究以火災(zāi)試驗(yàn)為主，輔以有限元模擬進(jìn)行對(duì)比。火災(zāi)試驗(yàn)前對(duì)該批次木材的材性進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)相關(guān)試件進(jìn)行地仗工藝處理。由于 ABAQUS 軟件中沒(méi)有能適用木材的材料模型，利用 fortran 編譯器編制適用于木材的 VUMAT 用戶材料子程序嵌入 ABAQUS 軟件進(jìn)行計(jì)算。本章對(duì)火災(zāi)試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作及有限元模擬的基礎(chǔ)理論進(jìn)行介紹。2.2 火災(zāi)試驗(yàn)準(zhǔn)備2.2.1 材性試驗(yàn)(1) 密度測(cè)定參照 GB/T 1993-2009《木材密度測(cè)定方法》[32]，，制備 5 個(gè)邊長(zhǎng)為 50mm 的立方體試樣用于測(cè)定南方松的密度，如圖 2-1 所示。測(cè)量試樣順紋方向、橫紋徑向和橫紋弦向的邊長(zhǎng)并記錄，用 JA-503 電子精密天平稱出試樣質(zhì)量并精確至0.001g，如圖 2-2 所示。由試樣質(zhì)量與體積計(jì)算得到相應(yīng)試樣的氣干密度，計(jì)算結(jié)果如表 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU366.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2685133