[发明专利]基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法

说明书

本发明公开了一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，该方法将木材受压状态下的微观特征与SunChen模型相结合，得到能够描述木材多种受力状态下的强度方程。由于木材抗剪强度主要通过木材顺纹和木材横纹受剪状态下的极限承载力评估，因此本发明的方法能够提供两种状态下的强度方程。木材顺纹状态下强度方程中的系数通过木材顺纹受压应力‑应变曲线获取，并结合木材主轴顺纹受压屈服强度预测木材顺纹受剪极限承载力；木材横纹状态下强度方程中的系数通过木材横纹受压应力‑应变曲线获取，并结合木材主轴横纹受压屈服强度预测木材横纹受剪极限承载力。本发明的方法通过红松木材试验予以验证，与预测结果对比，验证方法的准确性。

技术领域

本发明涉及木材力学性能预测领域，尤其涉及对木材顺纹(LR平面)受剪和横纹(RT平面)受剪极限承载力的预测。

背景技术

木材属于多孔、非匀质、各项异性材料，其具有轻质、高强、易加工、可回收的特点，这些特点催生了木结构这一建筑结构形式，同时这些特点也是当前木结构发展迅速的原因。安全可靠地设计木结构建筑的前提是对其材料的力学性能进行深入了解，而木材力学性能主要包含抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度四个方面，木材强度通常通过屈服承载力和极限承载力进行描述。同时，木材属于正交各向异性材料，因此上述四种力学性能通常被划分为顺纹和横纹两大部分进行研究。

上述四种受荷载形式在实际木结构建筑中十分常见，尤其是木材受剪工况。在梁、柱连接核心区和梁端、柱端均存在剪力，而且剪力往往会造成极其危险的脆性破坏。因此对于木材顺纹(LR平面)受剪和横纹(RT平面)受剪极限承载力的获取是目前较为热门的问题。目前木材抗拉强度、抗压强度和抗弯强度均有统一的测试标准，尽管各国间的规范在加载方式和尺寸上稍有差异，但原理一致，并无争议存在。而木材抗剪强度的获取虽然有中国国家标准GB/T 1937-2009，美国标准ASTM-D143和日本标准JIS02-2401等规范，但是因为按照上述规范进行的剪切试验很难达到纯剪状态，剪切破坏过程中总有弯曲应力的存在，规范试验获得的剪切破坏极限承载力往往与木材受剪极限承载力间存在差异。剪应力在剪切破坏面上分布不均匀，试块凹角处有严重的应力集中现象，上述问题使得木材抗剪强度获取饱受争议。目前，针对规范试验的不足，学者们设计了许多新型剪切试验装置，以尝试获取木材纯剪状态下的极限承载力，遗憾的是这些新型装置依然存在诸多问题，例如试验中木块的理论破坏面未破坏，而开裂位置往往发生在试验装置与试件接触面边缘。破坏前往往出现较大变形，使得受剪破坏时，试件内部的应力形式发生变化，且试件与装置之间发生滑移。因此虽能得到较为准确的结果，但却需要大批量的试验，并人为遴选其中良好的结果。目前，仅依靠剪切试验获取木材受剪状态下的极限承载力十分困难。

针对上述问题，本发明公开了一种可以跳过木材剪切试验直接获取木材受剪状态下极限承载力的方法，该方法使用木材受压试验结果，获取能够描述木材受剪状态的强度方程，从而获取木材纯剪状态下的极限承载力，极大方便了木材抗剪强度的研究。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，可通过木材压缩试验结果，结合改进的单向纤维复合材料方程，简单、准确的获取木材受剪极限承载力。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

木材抗剪强度通常分为顺纹(LR平面)抗剪强度和横纹(RT平面)抗剪强度两种情况，因此一种基于木材抗压强度预测木材抗剪强度的方法，包括：基于木材顺纹(LR平面)抗压强度预测木材顺纹(LR平面)抗剪强度方法和基于木材横纹(RT平面)抗压强度预测木材横纹(RT平面)抗剪强度方法；

所述基于木材顺纹(LR平面)抗压强度预测木材顺纹(LR平面)抗剪强度方法，步骤如下：

将SunChen模型中原屈服函数简化为LR平面状态下的屈服函数f(σ_ij)，方程如下：