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在歐美等國家，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑已廣泛應(yīng)用于中低層住宅、低層公共建筑和商業(yè)建筑等領(lǐng)域。近年來，木結(jié)構(gòu)又重新走入了我們的視野，且出現(xiàn)了一批采用膠合木技術(shù)的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)和鋼木組合結(jié)構(gòu)。因此，有理由相信木結(jié)構(gòu)房屋在中國的應(yīng)用前景將十分廣闊.與普通木結(jié)構(gòu)相比，膠合木以缺陷分散、強度高、受力合理等優(yōu)勢，成為現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的首選材料。盡管膠合木優(yōu)勢突出，但普通膠合木梁的破壞形式多為脆性受拉破壞，其抗壓強度未能充分發(fā)揮，且變形較大。因此，將預(yù)應(yīng)力技術(shù)引入到膠合木梁中可以減小梁變形，充分利用膠合木的受壓強度，達到發(fā)生延性破壞的目的。
目前，國外對于膠合木梁的研究主要集中在用新型材料加強膠合木上，通過與普通膠合木梁的對比試驗評價新型加強膠合木梁的受力性能和破壞形態(tài)。國內(nèi)主要對工程木梁受力時的各種影響因素進行研究，對預(yù)應(yīng)力木梁中預(yù)應(yīng)力的施加方法、撓度的計算等進行了一系列的試驗研究和理論分析。上述研究中要么沒有在膠合木梁中施加預(yù)應(yīng)力，要么沒有在預(yù)應(yīng)力梁中引入膠合木材料。因此，有必要借鑒前人研究成果，對所提出的預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁加以研究。
杭州那泰有限元分析公司應(yīng)用大型有限元程序 ABAQUS對所提出的預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁進行有限元分析，對比在集中荷載作用下預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁和普通膠合木梁的撓度、剛度和極限載荷的變化規(guī)律，分析預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量和預(yù)加力數(shù)值對預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁受彎性能的影響，對該梁的經(jīng)濟性進行評價，為其在實際工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
選取長度為3150mm，跨度為3000mm，截面尺寸為100mm×100mm的預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁為模型，其中膠合木部分的材質(zhì)為東北落葉松，預(yù)應(yīng)力筋選用直徑 7 mm的低松弛1570級預(yù)應(yīng)力鋼絲。其中，預(yù)應(yīng)力的施加采用絲扣擰張橫向張拉的方式，即通過調(diào)整位于梁跨中的張拉桿的伸長量來施加預(yù)應(yīng)力。
由預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁模型可知，當總預(yù)加力數(shù)值相同時，預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量越多每根預(yù)應(yīng)力筋所承擔的預(yù)加力值越少，張拉桿的伸長量就越小，梁的反拱越��；當預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量相同時總預(yù)加力數(shù)值越大張拉桿的伸長量就越大，梁的反拱越大。
將模型分為 A、B 兩組，A 組控制總預(yù)加力數(shù)值相同，通過改變預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量研究預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量對預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁受彎承載能力、撓曲變形的影響。
設(shè)置截面尺寸分別為100mm×100mm 的L0和100mm×165mm的La0兩根普通膠合木梁用作對比分析，其中 La0與配置 4 根預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁La2的極限載荷是相同的。B組控制預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量相同，通過改變總預(yù)加力數(shù)值研究總預(yù)加力數(shù)值對預(yù)應(yīng)力膠合木張弦梁受彎承載能力、撓曲變形的影響。模型采用三分點對稱加載，即在兩組試驗梁及試驗對比梁的三分點處同時施加大小相同的外部集中力 F。
木材屬于各向異性材料，完全各向異性材料的物理特性需要 21個獨立的常數(shù)來描述，但由于木材的橫紋強度明顯低于順紋強度，而徑向與切向的物理特性相差不大，所以假設(shè)研究對象是有兩個正交對稱面的材料，可將其物理特性縮減為 9 個。參考《膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50708-2012）等資料，按照正交各向異性材料定義膠合木的相關(guān)參數(shù)。其中，E1、E2、E3分別表示順紋方向、徑向和切向的彈性模量；γ12、γ13、γ23分別代表三個泊松比；G12、G13、G23分別代表3個平面內(nèi)的剪切彈性模量。
預(yù)應(yīng)力筋的材料性能按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)進行取值，其中彈性模量E=2.05×105MPa，泊松比為0.3，屈服強度為1110 N/mm2。墊塊采用各向同性的線彈性材料，為避免墊塊和膠合木的彈性模量因相差較大而導(dǎo)致計算結(jié)果不收斂，因此取其彈性模量 E=2.1×106MPa，泊松比為0.3，以模擬墊塊剛度無限大。
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