ABSTRACT

This paper focuses on the FE analysis of the mechanical behavior of glued composite fiber-reinforced polymer (FRP) rods into glulam timber, using a 3D-continuum damage mechanics. The application of FRP to the glulam timber beams, despite the fact of limited investigations to date, offers an interesting and economic solution for strengthening in timber construction. In particular, the use of glued-in FRP rods for timber connections instead of steel is of great interest, due to the improved durability of the joint systems compared to their equivalent counterparts made of steel rods. For pull-out tests, the estimation of the mechanical response of glued FRP rods into glulam timber is very complex because of the combination of the three different materials: FRP rods, epoxy resin and glulam timber as well as the complexity of the expected brittle modes of failure of the timber. On the other hand, the existing prescriptive approaches (standard design codes) did not cover all the modes of failure expected within timber material and their predictivity is highly depending on the loading direction and on the rod material. There is, therefore, still a need to establish a general and predictive FE model to simulate accurately and cost-effectively the glued-in rod timber connections. In this study, a FE model combining 3D continuum damage mechanics (CDM) and cohesive zone modeling approaches is presented and its effectiveness was verified by comparison to experimental results available in the literature.

摘要

本文重点使用 3D 连续损伤力学对胶合复合纤维增强聚合物 (FRP) 棒材在胶合木中的力学行为进行有限元分析。尽管迄今为止研究有限，但将 FRP 应用于胶合木梁，为加强木结构建筑提供了一种有趣且经济的解决方案。特别是，使用胶合 FRP 棒代替钢进行木材连接是非常有趣的，因为与由钢棒制成的同等对应物相比，接头系统的耐用性有所提高。对于拉出测试，由于三种不同材料的组合，胶合 FRP 杆到胶合木中的机械响应的估计非常复杂：FRP 杆，环氧树脂和胶合木木材以及木材的预期脆性破坏模式的复杂性。另一方面，现有的规范方法（标准设计规范）并未涵盖木材材料中预期的所有失效模式，其预测性很大程度上取决于加载方向和杆材料。因此，仍然需要建立一个通用的预测有限元模型，以准确且经济高效地模拟胶合杆木连接。在这项研究中，提出了一种结合 3D 连续体损伤力学 (CDM) 和内聚区建模方法的有限元模型，并通过与文献中可用的实验结果进行比较来验证其有效性。现有的规范方法（标准设计规范）并未涵盖木材材料中预期的所有失效模式，其预测性很大程度上取决于加载方向和杆材料。因此，仍然需要建立一个通用的预测有限元模型，以准确且经济高效地模拟胶合杆木连接。在这项研究中，提出了一种结合 3D 连续体损伤力学 (CDM) 和内聚区建模方法的有限元模型，并通过与文献中可用的实验结果进行比较来验证其有效性。现有的规范方法（标准设计规范）并未涵盖木材材料中预期的所有失效模式，其预测性很大程度上取决于加载方向和杆材料。因此，仍然需要建立一个通用的预测有限元模型，以准确且经济高效地模拟胶合杆木连接。在这项研究中，提出了一种结合 3D 连续体损伤力学 (CDM) 和内聚区建模方法的有限元模型，并通过与文献中可用的实验结果进行比较来验证其有效性。仍然需要建立一个通用的预测有限元模型，以准确且经济高效地模拟胶合杆木材连接。在这项研究中，提出了一种结合 3D 连续体损伤力学 (CDM) 和内聚区建模方法的有限元模型，并通过与文献中可用的实验结果进行比较来验证其有效性。仍然需要建立一个通用的预测有限元模型，以准确且经济高效地模拟胶合杆木材连接。在这项研究中，提出了一种结合 3D 连续体损伤力学 (CDM) 和内聚区建模方法的有限元模型，并通过与文献中可用的实验结果进行比较来验证其有效性。