文献综述 曾元.doc

南京林业大学文 献 综 述题 目： 木构件钉结合持久蠕变研究 姓 名： 曾元 专 业： 木结构建筑工程 学 号： 070409126 指导老师： 杨小军 木材工业学院2011年 5月 12 日木构件钉结合持久蠕变研究摘要：本文系统介绍了粘弹性理论的相关理论知识，简单阐述了新型木结构建筑的优点以及木材的蠕变研究。比较全面的展示了我国乃至世界在木构件钉结合持久蠕变的研究的不足。并展望了现在及未来的木结构发展在钉结合持久蠕变研究的必要性和历史趋势。关键词：木构件； 钉结合； 蠕变Study on Creep of Nail Connection in Wood Structure MembersAbstract: This article systematically exposed the relevant theoretical knowledge of Viscoelastic. It briefly discusses the advantages of the new wooden structure and the creep of wood. it fully demonstrates the inadequacy in the aspect of creep of nail connection in wooden structure members. The article also point out the necessity and historical trend of the creep in the current and future development of wooden structure.Keywords: Wooden Structure Members; Nail-connection; Creep1 前言1.1 蠕变研究状况所谓“蠕变”即在恒定应力作用下，材料的应变随时间的延长而逐渐增大的特性【1】。随着金属在高温的、电磁的和化学动力条件下的广泛使用。聚合物、生物体、地质材料、复合材料和智能材料的迅建发展。材料和结构与时间相关的力学性能、破坏机理及失效准则的研究日益追切。并取得了很多的新进展。这也为力学和材料科学提出了许多的重要研究内容和新的学科分支。蠕变力学即为其中之一蠕变力学考虑材料时间相关的力学行为。表征材料的蠕变强度，研究一定载荷下物体的变形、应力和位移随时问变化的现象与过程，估算材料和结构的蠕变寿命，进行合理设计。蠕变力学在航空航天、动力、化工 机械、能源地下工程中有广泛的应用，我国蠕变力学的研究，在金属材料、聚合物及其复合材料、岩土、生物、地学等方面都有相当多的研究成果【2】。1.2 研究背景1.2.1 木结构建筑优点现代木结构住宅建筑在世界上许多国家已很普遍，在美国和北欧，木结构住宅处于市场主导地位；在日本的新建住宅房屋中,有半数以上也是木结构。20世纪80 年代以后,由于我国可用于木结构建筑的木材逐渐减少，用纯木结构建造的建筑被迫停建。近年来,随着国外木结构住宅进入中国市场,以及国内木结构建筑相关规范的相继出台,在我国停滞了20多年的木结构建筑开始复苏,现代木结构建筑逐渐引起了人们的关注,得到了认可。由于24规格的木材在木结构框架中被大量使用，因此木结构框架俗称为“24”结构。它为北美洲的人们提供了全世界最高的住房标准。“24”房屋之所以倍受青睐，是由于它有如下诸多优点：a、冬暖夏凉。这是由于木材具有绝缘、不导热的天然特征。这一特点带来的好处是大大节省了用于房屋供暖和降温的能源支出。b、优越的抗震、抗风性能。c、卓越的透气性。房屋内的空气得以保持清新洁净。d、卓越的吸音性能。一个典型的例子是：木制住房内的回音很小。e、利于环保。生产木制建材所消耗的能源远低于生产水泥和钢材，所产生的固体废弃物空气污染也最少。同时，加拿大所产木材均来自可再生的森林，并能够被有效地循环使用。f、易于扩建、改造和修缮。这是由于木材易于割锯、搬运、操作和安装。g、易于满足对外观式样与实际功用性的多样需求【3】。1.2.2 木材蠕变性能研究对于木结构建筑而言，我们往往注重研究其防火、防虫、防腐以及防水性能，希望延长其使用寿命。然而我们却忽略了木材本身的蠕变性能以及用于连接的钉的持久蠕变研究。对于木材蠕变性能的研究已经相对很成熟，影响木质材料蠕变性能的因素很多，大致可分以下几种：材料种类、应力水平、加载方式(即载荷特性、加载方向)和环境条件(温度和相对湿度) 【4】。测试木质材料的蠕变特性，可采用压缩、拉伸、弯曲等加载方式，但考虑到试验的可行性，许多学者往往采用三点或四点抗弯试验方式，采取的应力水平范围一般为3070。环境的相对湿度与木材的含水率有很大关系，而含水率不同，木材的蠕变性能也不相同。水分赋予木材极大的塑性，尤其是对填充物质的增塑作用。由于水分的介入，能破坏木材组织内的氢键结构，使木材内部纤维素分子链间距增大，屏蔽大分子间的相互作用力，从而增加了大分子的柔度，使链段易于运动，这给木材组分的运动提供了足够的空间，使得木质材料在长期外载作用下更易于变形。环境温度影响木质材料的温度。木质材料内部温度升高，会有两方面的变化：（1）内含能量水平的瞬间变化；（2）永久性结构重组。这是因为，木质材料是由部分结晶的纤维素和部分非晶态纤维素、木质素聚合物组成，当加热到玻璃态转化点温度时，木质材料的非结晶区部分会发生由玻璃质状态向橡胶状态转化，此时的木质素聚合物也失去粘结硬固作用，材料的物理力学性能发生巨大变化，力学强度急剧下降，木质材料的蠕变，尤其是变形中的粘弹性变形和粘性变形部分会显著增加。在木质材料的玻璃态转化点，它的每个聚合单体都获得足够的能量来减弱相互间的吸引力并激发内部分子运动。据研究，木材半纤维素和木质素在160200范围软化，一般木材使用环境的温度远远低于此温度，但是往往环境温度和湿度是同时影响材料蠕变特性的含水率增加，木材主要组分的玻璃化转变温度会相应降低，如湿材的半纤维素在5456、木质素在72128即可发生玻璃化转变现象，这就给木质材料的安全正常使用带来了潜在危险。J.M.Dinwoodie等学者【5】的研究表明，木质刨花板受弯时，环境温度与相对湿度极大地影响了试材的蠕变形变，且当温度从20到30时，蠕变变形比从10到20更大；相对湿度从6590的蠕变比从3065时蠕变更大，并且环境湿度比温度对蠕变的影响更大。同时针对木质材料的这一特性也研究出了一些关于降低木质材料蠕变变形的措施，如降低木材的吸湿性、加强木材内部组分间连接强度等【6】。连接是木结构重要的组成部分,而钉连接具有充分的紧密性和韧性,制作简单,安全可靠,是木结构中常用的一种连接。如屋面板、楼面板采用钉与梁相连，轻木结构中墙骨采用斜钉与底板相连、剪力墙的蒙皮结构以及临时支撑等【7】。但往往钉的蠕变现象却被我们大多数人所忽视。既然钉存在此现象我想就应该被研究与探讨，以此促进木结构建筑的进一步发展与完善。2 国内外研究现状国内外的专家一直致力于对金属的持久蠕变性能的研究。尤其是合金与金属基符合材料的研究。当然对于蠕变变形机理、蠕变断裂机理以及如何提高蠕变性能的方法已研究的相对透彻与成熟【8】。由于木结构建筑在我国仍处于初步发展阶段，无论是设计还是施工技术等很大程度上都需要提高和完善，在阅读大量文献资料之后发现对于木构件钉合持久蠕变的研究也处于空白阶段，即使是北美、日本、加拿大等木结构建筑体系成熟的国家亦是如此。3 研究目的、意义钉结合是一种操作简便的连接方式，被广泛应用于我国传统木工和现代木结构建筑中，过去使用的钉主要主要是木钉和竹钉，现在主要采用金属钉，包括只直钉、螺钉等。钉结合会破坏木材纤维且连接的强度相对较低，故主要用在木制品抗剪部位。有时钉结合仅起辅助作用。钉结合的牢靠程度常用握钉力来检验，然而握钉力的试验方法周期很短，钉结合在木构件中使用时处于长期受力状态，依据国标测试的结果并不能代表长期受力行为。木材及木质材料都是粘弹性材料，钉结合也将表现粘弹性【9】。为此本课题将针对螺钉研究在木构件中持久受力蠕变特性，以便于钉结合更好应用于建筑木构件的节点处。同时对于延长木结构建筑的使用年限以及提高其安全性也有一定的借鉴和帮助。当然这在一定程度上也保证了住户的人生以及财产安全。4 研究的创新点a、首次对木构件的钉结合持久蠕变进行研究；b、首次研究不同环境条件下钉结合的蠕变特性规律。参考文献1木质材料蠕变研究进展 木材加工机械 2008.2杨挺清 木材与结构蠕变研究近况 力学发展 2000.3用窑干SPF木材建绿色环保房屋 中国建材 2002.4岳孔，张伟，夏炎，卢晓宁木质材料蠕变研究进展 木材加工机械 2008.5C.B.Pierce, J.M.Dinwodie, B.H.Paxton. Creep in chipboard. Part 2: The use of fitted response curves for comparative and predictive purposesJ. Wood Science and Technology, 1979, 13: 265-282.6J.M.Dinwoodie, C.B.Pierce, B.H.Paxton, Creepin chipboard. Part 4: The influence of temperature andmoisture content on the creep behaviour of a range of boards at a single stress levelJ. Wood Science andTechnology, 1984, 18: 205224.7加拿大木业协会 中国轻型木结构房屋建筑施工指南 2010.81亢春生,王武孝,袁森,金志新,董志乔 镁合金及镁基复合材料的高温蠕变研究进展 铸造技术 2008.9张少实，庄茁. 复合材料与粘弹性力学M. 机械工业出版社 2005.10周海宾，费本华，任海青 世界木结构房屋研究的最新进展J. 木材工业，2006.11蔡峨. 粘弹性力学基础M. 北京航空航天大学出版社.12岳孔,张伟等 木质材料蠕变研究进展.木材加工机械M,2008（3）.13王恺主编.英汉木材工业辞典.M. 中国林业出版社，1999.14邵卓平.木质材料变参数流变模型的研