定向刨花板加固腹板開洞竹木工字梁力學性能研究

陳 國，于云飛，李 祥，何 彬，鄭乃浩，趙 歡

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定向刨花板加固腹板開洞竹木工字梁力學性能研究

陳 國，于云飛，李 祥，何 彬，鄭乃浩，趙 歡

（南京林業大學土木工程學院，南京 210037）

為研究定向刨花板（oriented strand board，OSB）加固腹板開洞的竹木工字梁的力學性能，揭示其受力破壞機理。以孔徑與腹板高度的比值（/w）和補強板型為參數，制作并測試了42根竹木工字梁，考察測試過程中的破壞形態、彎曲變形性能，分析各因素對工字梁力學性能的影響規律。結果表明，當孔徑較小（/w≤25%）時，試件的破壞形態以翼緣內OSB層裂和腹板剪切破壞為主，孔洞對開洞梁承載力和剛度的影響較小，可忽略不計。當孔徑較大（/w>25%）時，破壞形態以洞口周邊受拉和受壓破壞為主，隨著孔洞直徑增加，孔洞的不利影響愈發明顯，開洞梁的承載能力呈下降趨勢，但對梁的剛度影響較小。OSB補強板能有效約束孔角裂縫開展，加固后的開洞梁的開裂荷載、正常使用極限狀態荷載和承載能力極限狀態荷載較未加固開洞梁明顯提高，平均提高52.9%、12.1%和28.2%。但OSB補強板對開洞梁抗彎剛度的改善作用不明顯，平均提高僅為11.5%。承載力和剛度的提高幅度與補強板類型密切相關，其中，套環定向刨花板（collar oriented strand board，C-OSB）增強效果最好、雙U型定向刨花板（two U shaped oriented strand board，TU-OSB）次之，U型定向刨花板（U shaped oriented strand board，U-OSB）最差。C-OSB適合于管道施工前對開洞梁進行加固，而U-OSB和TU-OSB適合加固/w不大于75%的開洞梁。粘貼OSB加固開洞竹木工字梁是一種有效的加固方法。

荷載；竹；木；定向刨花板；加固；工字梁；腹板開洞；破壞機理

0 引 言

中國的竹資源的種植面積和加工利用水平居世界前列，竹子作為一種環保型的新型建材，具有成材周期短、力學性能穩定以及可再生等優點[1-6]，在建筑領域一直都有應用[7-13]。定向刨花板（oriented strand board，OSB）主要以小徑材和速生間伐材等為原料，用刨片機刨削成長40~120 mm，寬5~20 mm，厚0.3~0.7 mm的木片，經干燥、施膠、定向鋪裝和熱壓而成的一種結構板材，被廣泛應用于歐美國家的木工字梁腹板材料、樓（屋）面板和墻面板[14-16]。將竹材和OSB有機組合，充分發揮各自的優點，通過膠粘劑和釘子連接，組成竹木組合梁構件[17-18]。

在工業建筑和民用建筑中，在梁腹板上開洞供通風管道、給排水管道和電路系統穿行是增大房屋凈高及降低工程造價的有效途徑。已有研究表明孔洞尺寸是影響開孔梁承載力、剛度和破壞形態的關鍵因素[19-21]，隨著開洞高度和長度的加大，開孔梁的抗剪承載力和剛度將顯著下降。Zhu等[20]則認為腹板開洞后，洞口削弱了腹板的有效截面并改變了腹板內的應力分布狀態，孔角應力集中也使得裂縫過早產生，組合梁的受力性能和破壞機理也將隨之發生改變。腹板開孔梁不僅在剪力或彎矩最大值處可能發生破壞，也可能在開孔處發生破壞，若處理不當，極易引發工程事故。盡管ASTM D5055（2010）以及GB/T 50772-2012《木結構工程施工規范》規定了木工字梁腹部的開洞位置和孔洞尺寸，卻未曾涉及竹木工字梁。

在以往的實際工程中，由于開洞導致承載力不足的木梁通常用直接替換法進行維修，但直接替換法必須移除已有的管道設施并且可能引起其余與之相連構件的損壞。竹梁和木梁抗彎加固方法包括粘貼FRP[22-24]、竹板[25]、鋼板[26-27]和OSB[28]等。盡管粘貼FRP加固法可以有效提高梁的極限承載力，但對抗彎剛度的增強效果不明顯，且FRP造價較高。Morrissey等[27]采用在孔洞上、下方的腹板處粘貼角鋼的方法加固開孔木工字梁，結果表明，加固后的木梁試件的初始彎曲剛度較對比試件均有較大提高，但粘鋼法并不適合加固孔洞直徑較大的梁。Polocoser等[28]進行了OSB板加固開洞木工字梁的試驗研究，由于OSB板能有效約束孔角裂縫開展，使加固木工字梁的受彎承載力和剛度明顯提高。國內外對開洞梁加固的研究仍存在以下問題：1）較少對OSB作為加固件的性能進行研究，以往的研究主要集中在FRP、和鋼板等加固方式；2）在竹木工字梁的施工和使用過程中，施工方或業主有時會在未征詢結構工程師的前提下違規開設洞口布置管道。已有研究均針對開洞梁未施工前進行加固，而實際工程中往往出現樓板梁和管道設備安放到位后再被開洞，此時采用現場加固法而不必移除管道顯得尤為重要。

為研究OSB板加固的腹板開洞竹木組合工字梁的承載能力、剛度、韌性和破壞機理等，對42根竹木工字梁開展試驗研究，并據此提出相應的結論和建議，為此類開孔梁的維修加固提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料性能

竹集成材（laminated bamboo lumber，LBL）翼緣采用的竹種為毛竹，產自湖南省桃江縣，竹齡為4a。新鮮大徑毛竹經刨削、干燥、蒸煮、炭化、涂膠和熱壓等工序加工成25 mm×35 mm×2 440 mm的翼緣，由東莞湘楠竹木制品有限公司提供。OSB是以速生意楊為原料，經干燥、施膠、定向鋪裝和熱壓而成的一種結構板材。腹板、加固用補強板和襯板均為同批次的OSB，厚度均為9 mm，由湖北寶源木業有限公司提供。材性試驗參照《木材含水率測定方法》GB/T 1931-2009和ASTM D 143-14進行，竹集成材和OSB的各項物理力學性能可通過含水率試驗（20 mm×20 mm×20 mm）、拉伸試驗（9 mm×9 mm× 450 mm）和壓縮試驗（50 mm×50 mm×200 mm）獲得。實測結果參見表1，表中的數值為平均值。

表1 竹集成材和定向刨花板物理力學性能

試驗用膠粘劑由鹽城壹加壹電子材料有限公司提供，型號為YY5016A/B的雙組份常溫固化環氧樹脂膠，按照A∶B=2∶1的質量配比，其材料參數由廠家提供，詳見表2。

表2 膠粘劑材料參數

1.2 試件設計

為充分利用竹材抗拉/壓性能好和OSB的抗剪性能，組合梁設計為工字型截面，如圖1所示。參照目前國內外常見木工字梁的尺寸設計竹木工字梁試件[27-28]，上、下翼緣寬度×高度=59 mm×35 mm，梁凈跨=2 000 mm，梁高=240 mm，腹板高=170 mm，腹板厚度=9 mm。為獲得良好的粘接性能，涂膠前，用砂輪機和砂紙對OSB腹板和竹集成材翼緣的粘膠面進行打磨處理，并用丙酮進行表面清潔，去除木屑和灰塵等影響黏結性能的不利因素，用刷子將環氧樹脂膠均勻涂抹到粘膠面，從而將腹板和翼緣膠結成整體，涂膠量為250 g/m2。隨后，選擇直徑為2.8 mm、長度為40 mm的圓釘從翼緣側面釘入，從而形成工字型截面組合梁。為避免釘子沿縱向劈裂竹翼緣，釘子需錯列布置，間距為150 mm。

為防止支座處和跨中受力點處的腹板發生局部屈曲破壞，分別設置3對竹集成材加勁肋（25 mm×35 mm× 160 mm）和腹板膠結，支座處的加勁肋底面和下翼緣頂緊，頂面和上翼緣保留10 mm的縫隙，而布置于跨中集中荷載作用點處的加勁肋頂面與上翼緣頂緊，如圖1b所示。

注：tw為腹板厚度，mm；hw為腹板高度，mm；t為翼緣高度，mm；H為梁高，mm；b為翼緣寬度，mm，下同。

將制備好的試件置于濕度（65%±10%）、溫度（20±5 ℃）的養護室內進行養護，齡期為10～14 d試件共分14組，每組3個相同試件。圓孔直徑是影響腹板開洞梁的主要因素之一，因此制作1組未開洞梁作為對比試件，記為i1；腹板開洞梁試件制作4組，孔徑與腹板高度的比值（/h）為25%、50%、75%和100%各1組，圓洞中心位于中性軸且距離左支座均為250 mm，依次記為ci1～ci4。由于腹板開孔的存在，勢必造成工字梁承載力在開孔處發生削弱，且降低其剛度性能，為研究不同OSB補強板型對開洞梁性能的影響程度，制作9組開洞梁試件，依次記為i2～i10。其中，i2、i5和i8的試件開洞情況與ci2、ci3和ci4相同，分別在洞口兩側粘貼套環定向刨花板（collar oriented strand board，C-OSB），如圖2a所示。顯然，采用C-OSB補強板僅適合于安裝管線設備前施工，但在房屋實際使用過程中業主可能在未征得結構工程師同意的情況下擅自開設孔洞布置管線，此時必須先移除孔洞處的管道設施方可采用C-OSB進行加固，這無疑增加了施工難度。因此，本文提出在不移除管線設施的前提下，采用雙U型定向刨花板（two U shaped oriented strand board，TU-OSB）和U型定向刨花板（U shaped oriented strand board，U-OSB）對開洞梁進行加固。制作了3組采用TU-OSB補強板加固的試件（圖2b），記為i3、i6和i9；制作了3組采用U-OSB補強板加固的試件（圖2c），分別記為i4、i7和i10。

注：d為圓洞直徑，mm。下同。

在補強板和腹板間放置4塊尺寸為25 mm×35 mm× 160 mm的竹集成材襯板，襯板兩端與上、下翼緣間預留5 mm縫隙。襯板、腹板和補強板之間通過環氧樹脂粘接，用膠量為250 g/m2。采用直徑為2.8 mm的釘子將補強板和襯板固定在腹板上，釘中心距為50 mm，邊距和端距不小于15 mm。補強板高同梁高，均為240 mm，圓孔中心到補強板邊的距離[28]為，用于加固孔徑為85、127.5和170 mm的開洞梁的補強板寬分別為170、255和340 mm，具體參數見表3。

表3 試件參數

注：為圓洞直徑，mm；為補強板寬度，mm；為補強板高度，mm。下同。

Note：is diameter of circular opening, mm;is width of reinforcement plate, mm;is heigth of reinforcement plate, mm. The same as below.

1.3 量測內容與加載方案

根據試驗中各處位移的估測，選用激光位移計測量試件跨中和支座處的豎向位移，以詳細記錄試件加載過程中的變形情況。作動器的荷載值、位移計讀數通過東華DH3820靜態應變測量系統自動采集，采樣頻率為1 Hz。

試件采用杭州邦威電液伺服系統進行單調加載，如圖3所示。分別在支座端布置2套鋼側向支撐，防止試件加載過程中發生整體失穩破壞。在跨中加載點和支座處分別放置一塊10 mm厚的鋼墊板，以確保試件不發生局部承壓破壞。參照《木結構試驗方法標準》GB/T 50329-2012，正式加載前先對試件進行預加載至2 kN，以消除試驗梁和加載裝置之間的縫隙，確認儀表設備工作正常后卸載至原始狀態。正式加載采用位移控制勻速加載，初期加載速度為2 mm/min，正常使用極限狀態后降至1.5 mm/min直至試件破壞，以便詳細記錄試件的破壞過程。

使用SPSS20.0軟件對本文122例糖尿病視網膜病變患者的指標數據進行分析,卡方檢驗,以%形式展開患者視力提高率,t檢驗,以±s形式展開各項指標變化情況,兩組患者組間差異存在統計學意義以P<0.05展開。

圖3 加載裝置及位移計布置

2 試驗結果與分析

2.1 破壞過程及形態

2.1.1 未開洞試件

對比試件i1的腹板未開洞，加載初期，腹板和翼緣表現出良好的協同工作性能。荷載增加至27.82 kN左右時，靠近跨中的上翼緣內OSB首先發生層間開裂（圖4a），并伴隨不斷加劇的聲響。隨著荷載持續增加，裂縫變寬并向支座端快速發展，少數釘子拔出或剪斷。加載至極限荷載時，伴隨著巨大的聲響，跨中腹板均發生了剪切破壞，裂縫方向與梁縱向呈45°左右（圖4b）。試件的破壞通常始于翼緣內的OSB層裂，破壞時翼緣始終無明顯可見破壞，亦未發生木工字梁[19-21]和竹梁[29-30]試驗中常見的斷裂垮塌現象。

2.1.2 開洞試件

ci1～ci4試件腹板開設了直徑逐漸遞增的圓孔，/w分別為25%、50%、75%和100%。對于/w為25%的ci1而言，其破壞形態類似于試件i1。隨著/w的增大，ci2～ci4的破壞為腹板圓孔角部最先發生裂紋（圖4c），并迅速擴展至翼緣，隨后圓孔上下殘余部分腹板退出工作，內力發生重分布，圓洞處翼緣將同時承擔彎矩和剪力，致使試件的承載能力顯著下降，盡管孔洞處的上、下竹翼緣發生較大的撓曲變形，但未發生斷裂。不難發現，孔徑是影響開孔梁受力性能的一個主要因素，當孔高不大于0.25倍腹板高時，圓孔的影響可忽略，這與Chen等[18]的發現基本一致。

圖4 主要破壞形態

2.1.3 加固試件

當/h大于25%時，孔洞的影響變得不可忽略，需對開孔處的腹板采取加固措施。試件i2、i5、i8分別開設了/h為50%、75%、100%的圓洞，同時兩側成對粘貼C-OSB補強板。試件的破壞形態基本一致，以i2試件為例，C-OSB極大地限制了孔洞邊緣的裂縫發展，當補強板洞口右上角和左下角處邊緣內產生的拉應變超過OSB的極限拉應變時，補強板左下角和右上角產生斜裂縫并快速發展（圖4d）。當C-OSB退出工作后，洞口處的剪力將由腹板單獨承擔，腹板隨即從翼緣內被拔出并退出工作。試驗結束前，試件的承載能力并未完全喪失，當降至60%極限荷載后，荷載降速變緩，翼緣內OSB亦發生了輕微的層間開裂，卸載后試件的變形大部分可恢復。

試件i3、i6、i9腹板孔洞兩側粘貼TU-OSB補強板，在荷載分別增至21.70、19.62和16.07 kN時，首先在補強板上的洞口右上角或左下角產生了第1條裂縫并快速發展，裂縫發展方向與水平向呈40°左右。孔洞另一對角線的角部亦產生裂縫，裂縫迅速延伸至翼緣并往水平方向發展，裂縫數量和寬度不斷增加，當荷載增至極限荷載時，伴隨一聲巨響，跨中撓度急劇增大。破壞時，補強板發生了層間開裂，右上角釘子被部分拔出（圖4e）。

在試件i4、i7、i10孔洞兩側成對粘貼U-OSB，其破壞現象均無顯著差異。試件的破壞形態基本一致，以i10試件為例，在荷載增至14.21 kN時，腹板和U-OSB的右上角處發出較明顯的撕裂聲響，裂縫變寬變長，左上角處出現了受壓褶皺現象，跨中撓度漸趨明顯（圖4f）。與C-OSB組和TU-OSB組相比，U-OSB抑制裂縫的程度較弱，因而對開洞梁的抗剪承載力的增強效果較小。當洞口處邊緣受拉破壞后，腹板和補強板下部才開始發生壓潰破壞。當荷載增至21.86 kN時，其承載力出現緩慢的下降趨勢。當跨中變形達到24.12 mm時，試件承載能力降至30%極限荷載。試驗結束后，i10試件未完成喪失承載能力，尚能承受7.2 kN，裂縫長達200 mm。

2.2 承載能力

表4給出了試件的主要試驗結果，包括承載能力極限荷載P、開裂荷載P、正常使用極限狀態荷載P/250、各試件與對比試件i1的P/250的比值。建筑結構和構件的極限狀態分為正常使用極限狀態和承載能力極限狀態，竹梁和木梁的極限承載能力通常由正常使用極限狀態所決定[22-24]。根據《木結構設計規范》GB50005-2017的規定，木質工字梁正常使用極限狀態下的跨中允許撓度[]=/250=8 mm。當加載過程中腹板產生裂縫時的荷載，即為開裂荷載。對于/w≤25%的試件而言，裂縫通常在翼緣內的OSB層間產生（圖4a），對于其他試件，裂縫通常在孔洞斜對角線受拉區產生。

表4 各試件承載力、抗彎剛度和韌性

注：P為承載能力極限荷載，kN；P為開裂荷載，kN；P/250為正常使用極限狀態荷載，kN；為各試件與對比試件的P/250比值；0為抗彎剛度，kN·mm-1；0.85為韌性指數。下同。

Note：Pis load carrying capacity under ultimate limit state, kN;Pis cracking load, kN;P/250is load carrying capacity under serviceability limit state, kN;is ratio ofP/250of joists to control joist;0is bending stiffness, kN·mm-1;0.85is toughness index. The same as below.

孔徑是影響開洞梁力學性能的一個重要因素，孔洞削弱了腹板的有效截面并改變了圓孔附近腹板的應力分布狀態，從而降低了試件的極限承載力。對于/w不大于25%的梁ci1而言，其極限承載力P較對比試件i1降低約8.2%，圓孔的影響可忽略。然而，試件ci2、ci3和ci4的/h分別為50%、75%和100%，其極限承載力較未開洞的試件i1降低25.1%、35.6%和56.1%，平均降低38.9%。由此可見，圓孔的不利影響隨著孔徑的增大而愈發顯著。

對于孔徑較大的梁(/h≥50%)而言，試件的破壞均始于孔洞處的腹板開裂，且迅速往上、下翼緣擴展，從而最終發生破壞。因而，裂縫是開洞梁最終發生破壞前的一個征兆。ci1、ci2、ci3和ci4的開裂荷載僅為i1的88.6%、64.3%、48.5%和31.5%，最大降幅達68.5%。粘貼OSB補強板可有效延緩裂縫開展，開洞梁的開裂荷載P較未加固開洞梁試件有明顯改善，提高幅度為7.8%～122.1%，平均提高52.9%；極限荷載顯著提高2.2%～67.5%，平均提高28.2%。與此同時，加固試件破壞時的極限位移亦有所增加，其中，粘貼C-OSB板時的極限位移增加值最大，達19.4%，而粘貼TU-OSB板時次之，平均增幅14.0%；而粘貼U-OSB板的加固梁試件增幅最小，僅為9.4%。

試件ci1、ci2、ci3和ci4的/h分別為25%、50%、75%和100%，其正常使用極限狀態承載力P/250較未開洞的試件i1降低3.5%、21.0%、29.6%和45.3%。因而，/h不大于25%的腹板開洞梁可不加固，/h大于50%的梁則必須采取必要的措施加固。粘貼OSB板加固后，試件達允許撓度時的荷載值提高幅度為9.7%～37.3%，平均提高21.1%。ci2、ci3和ci4的開洞情況相同，分別經C-OSB、TU-OSB和U-OSB加固，其承載力P較i2提高18.2%、10.5%和7.7%，平均提高12.1%；ci3、ci6和ci9的/h分別為50%、75%和100%，均采用C-OSB加固，其承載力P250較i2提高10.5%、14.1%和14.8%。因此，增幅與孔洞直徑和補強板類型密切相關。盡管粘貼OSB板加固法能顯著提高開孔梁正常使用極限狀態下的承載能力，但TU-OSB和U-OSB不適合加固/h大于75%的開洞梁。

2.3 荷載-跨中撓度曲線

圖5為不同/h梁的荷載-撓度關系曲線，結合表4破壞過程中各特征點的荷載和位移試驗結果可知，從開始加載至達到承載能力極限承載狀態前，梁均無明顯的屈服點，表現出典型的脆性破壞特征；圓洞對試件極限承載力和極限位移有著顯著的影響。ci1、ci2、ci3和ci4孔徑逐漸增大，其承載能力和極限位移減小；OSB補強板的阻裂增強作用延緩了裂縫的開展，C-OSB的增強效果最好，TU-OSB次之，U-OSB最差；試件的變形過程大致可分為3個階段：初始裂縫階段、裂縫穩定擴展階段、破壞階段。達到正常使用極限狀態前，試件各截面始終處于線彈性階段，表現出良好的受力性能。試件達到峰值荷載后，隨即進入破壞階段，但經OSB補強板加固的開孔梁承載力較未加固的開洞梁的下降速度更緩慢。

2.4 抗彎剛度

試件的抗彎剛度0參照《建筑結構用木工字梁》GB/T 28985-2012和ASTM D 5055-05，按式（1）計算。

式中ΔP為在荷載-跨中位移曲線圖中0.1Pu～0.4Pu間的直線段內的載荷增量（即載荷P1、P2差的絕對值），Δy為在ΔP作用下試件跨中處變形，a為加載墊塊和支承墊塊的中心距離，a=0.5L=1 000 mm。

對于未加固的竹木工字梁而言，隨著孔徑越大，試件抗彎剛度呈下降趨勢。/w越大，孔洞帶來的不利影響越顯著。開洞梁經OSB加固后，其抗彎剛度呈明顯增大趨勢，平均提高11.5%，其中C-OSB板型增幅最大，TU-OSB次之，U-OSB最小，且/w越大，增幅越顯著。

2.5 韌 性

根據竹木工字梁荷載-跨中撓度曲線的特點，通過積分的方法求得各試件在破壞過程中吸收的能量，如圖6所示。其中，為極限荷載點，為極限位移，為荷載-位移曲線下降至85%時的荷載，為對應于85%時的位移。采用能量比值法計算韌性指數[31]，按式（2）計算。

式中0.85為荷載下降至極限荷載85%時對應的韌性指數；OAB為達到峰值荷載時對應的曲線下的面積；OACD為荷載下降至85%時對應的曲線下的面積。隨著孔徑的增大，竹木工字梁韌性呈下降趨勢，但經OSB加固后，其韌性略有提高，但作用不明顯（表4），這與組合梁達到承載能力極限狀態后突然喪失了較大承載能力的破壞現象相對應。

注：為極限荷載點；為極限位移；為85%的極限荷載點；為對應于85%極限荷載（u）的位移。

Note：is point of ultimate load, kN;is displacement corresponding to ultimate load, mm;is point of 85 percent of the ultimate load, kN;is displacement corresponding to 85 percent of the ultimate load (u), mm.

圖6 韌性指數示意圖

Fig.6 Diagram of toughness indices

3 結 論

1）孔徑是影響腹板開孔梁力學性能的一個重要因素，當孔高不大于0.25倍腹板高度時，圓孔的影響可忽略，破壞形態以翼緣內OSB層裂為主，無需對開孔梁進行加固處理。當孔洞直徑大于50%腹板高度時，隨著孔洞直徑的增加，圓孔的不利影響將愈發顯著，破壞形態以洞口周邊受拉和受壓破壞為主。

2）竹木工字梁破壞表現出典型的脆性破壞特征，未發生木梁和竹梁試驗中常見的整體斷裂現象，且竹集成材翼緣保持完好，無明顯可見破壞，這有利于避免人員和財產的損失。

3）OSB補強板可有效阻止裂縫開展，開洞梁的開裂荷載較未加固開洞梁平均提高52.9%，達到允許撓度時的荷載平均提高12.1%，承載能力極限狀態荷載提高28.2%。粘貼OSB板加固開洞竹木工字梁試件的初始彎曲剛度較對比試件略有提高，平均提高11.5%。

4）OSB補強板對開洞梁承載力和剛度的加固效果與板類型關系密切，孔徑越大，增強效果越明顯。其中，以C-OSB效果最好，TU-OSB次之，U-OSB最差。從施工難易程度看，C-OSB適合于管道施工前對開洞梁進行加固，而U-OSB和TU-OSB適合加固/w不大于75%的開洞梁。實際工程中，應根據具體情況選擇適當的補強板型。

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Study on laminated bamboo lumber-wood I shaped joist with web opening reinforced by oriented stand board plates plates

Chen Guo, Yu Yunfei, Li Xiang, He Bin, Zheng Naihao, Zhao Huan

(210037,)

Bamboo is considered as one of fastest-growing plants in the world, widely distributed in South America and Southeast Asia. Especially in southern China, the planting area and output of bamboo ranks first in the world. For decades, raw bamboo has been successfully used in civil construction, often in the form of beams, columns, rafters and so on. However, several problems arise in practical applications and need to be solved, such as thin-walled hollow, irregular shape, easy to crack when exposure to moisture alternation frequently. Laminated bamboo lumber (LBL) is considered as a promising green engineering material in modern bamboo construction, due to higher strength/weight ratio and more rapid renewability than common wood. Oriented strand board (OSB) is mainly made from thin wood flakes sliced from small-diameter, fast-growing trees. Due to good cost-efficiency ratio, the OSB panel has been used as webs of wood I-joist, floor sheathing, roof sheathing, and so on. An OSB webbed laminated bamboo lumber I shaped joist is introduced, which consists of four LBL flanges and OSB web. The LBL is attached to the OSB by adhesive and nails spaced at 150 mm in center. To study the capacity, deformation performance and failure mechanism of the OSB webbed bamboo I-joists with circular web opening, 42 joints with/without web opening are tested. Among them, 12 joists with web opening without strengthened, 27 joists with web opening are retrofitted by collar oriented strand board (C-OSB), two U shaped oriented strand board (TU-OSB) or U shaped oriented strand board (U-OSB) and 3 joists without opening for comparison. Results show that the effect of joists with hole diameter to web height less than 25% are negligible, no repairs are required. With the increase of ratio of the hole size to web height (/w), the peak load capacity and stiffness of the joists with big opening (/w≥50%) decrease significantly, and the joists failed in web shear failure around the opening, mainly in compression and tension failure. The cracking loads strengthened by OSB plates increases by 52.9%, the loads at allowable deflection increase by 12.1% on average, and the ultimate loads increase by 28.2%, respectively. The increase of carrying capacity is closely related to the types of OSB plates, and the C-OSB plate is the biggest. Also, the OSB plates can improve the initial stiffness, increased only by 11.5% on average. The improvement of C-OSB on mechanical performance of composite joists is most effective, TU-OSB less and U-OSB least. It is evident that the C-OSB has the greatest enhancement effectiveness on joist with opening, however, the selection of OSB plates for reinforcement should be considered comprehensively in practical applications. The C-OSB is suitable to retrofit joist with opening prior to the installation of the service pipes, while the TU-OSB and U-OSB can be used to reinforce the joist with the opening diameter less than 75% without removing the pipeline facilities. The results indicate that the OSB webbed LBL I joist has excellent mechanical performance which can be used for the bending members in bamboo structures and wood structure.

loads; bamboo; wood; oriented strand board; strengthening; I-joist; web opening; failure mechanism

陳 國，于云飛，李 祥，何 彬，鄭乃浩，趙 歡. 定向刨花板加固腹板開洞竹木工字梁力學性能研究[J]. 農業工程學報，2018，34(23)：260－266. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.034 http://www.tcsae.org

Chen Guo, Yu Yunfei, Li Xiang, He Bin, Zheng Naihao, Zhao Huan. Study on laminated bamboo lumber-wood I shaped joist with web opening reinforced by oriented stand board plates[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(23): 260－266. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.034 http://www.tcsae.org

2018-05-06

2018-10-13

國家自然科學基金資助項目（51408312）；江蘇省自然科學基金資助項目（BK20130982）；住房和城鄉建設部資助項目（2018-K5-003）

陳 國，副教授，博士，主要從事現代竹木結構研究。 Email：chenguo@njfu.edn.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.23.034

TU366.1

A

1002-6819(2018)-23-0260-07