本发明涉及木构件性能检测，特别涉及一种木构件剪切强度检测装置及方法。
背景技术：
1、木材是一种轻质高强、各向异性的天然材料，被广泛应用于建筑领域。木材由于其生长特点，在不同纹理、不同纤维方向的力学性能有着显著差异。现有多项指标评价木材的综合性能，其中，剪切强度用以评价木材抵抗剪切应力破坏的能力，剪切强度检测模拟木材在使用过程中受到不同方向剪切破坏时的受力情况，从而表征木材性能，预测评估木材在使用过程中承受荷载的表现，对结构的安全性、可靠性、及正常使用极限状态的判断具有重要意义。剪切弹性模量是衡量木材抵抗剪切作用的重要指标之一，它决定了木材在受到剪切力时能够承受多大的形变，如在木结构建筑中，需要确保连接件能够承受预期的剪切应力，防止因剪切变形导致木结构被破坏，这对于结构设计和稳定性计算至关重要。
2、目前，木构件剪切强度的测量主要采用加载头直接竖向作用于剪切部位，但往往因为存在摩擦力作用、偏心受力产生扭矩导致剪切面受到弯曲应力的影响，存在剪力、弯矩共同作用的情况，无法准确获得木构件在纯剪切应力状态下的剪切强度；同时在加载过程中还会发生破坏面并非理论位置处、构件被压缩变形甚至发生滑移现象等。现有纯剪切应力状态下的测量装置，对木构件的加工和粘贴工序较为复杂，通常先加工含v型槽的小尺寸木构件，并和对应金属构件进行胶粘组合；一方面，木构件和金属构件必须尺寸对应、成套匹配，规格单一而缺乏灵活性；另一方面，木构件和夹具间采用胶水粘接或者密集的螺栓连接，操作步骤复杂，对于粘接的质量要求较高，难以保证木构件的整体性，无法准确还原整根木构件的剪切状态；另外，现有木构件检测指标往往只有剪切强度一项，没有对剪切弹性模量这一重要参数的测量，指标比较单一，对于木材的利用效率不高。
技术实现思路
1、针对采用现有纯剪切应力状态下的测量装置，木构件与金属构件之间粘贴或螺栓连接操作复杂，难以保证木构件的整体性，无法准确还原整根木构件的剪切状态的问题。本发明的目的是提供一种木构件剪切强度检测装置及方法。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种木构件剪切强度检测装置，它包括：
3、固定支座，包括水平设置的底板，竖向间隔设置并垂直连接于底板的两个支架，水平设置并固接于两个支架之间的滑动导轨，位于两个支架之间并固接于底板的固定件和铰支座，待检测木构件的一端可拆卸式连接于固定件，其另一端水平支撑于铰支座，铰支座与固定件之间的间距为待检测木构件净长度的2/3；
4、加载组件，包括加载横梁、第一加载辊、第二加载辊及垫块，加载横梁架设于滑动导轨顶部，第一加载辊、第二加载辊嵌设于加载横梁底部并能够沿加载横梁长度延伸方向移动，固定件和第一加载辊分别位于待检测木构件的两端，第二加载辊与固定件之间的间距为待检测木构件净长度的1/3，第一加载辊和第二加载辊的底部与待检测木构件顶部接触，垫块沿待检测木构件中心线设置，并位于加载横梁顶部，作为竖向荷载的受力点；
5、数据采集系统，包括应变片、力学试验机、数据采集器及计算机，应变片设置于待检测木构件中部v型槽侧面，并与垫块的位置相对应，力学试验机对垫块加载竖向荷载，应变片与数据采集器信号连接，力学试验机和数据采集器均与计算机信号连接。
6、本发明的木构件剪切强度检测装置，包括固定支座、加载组件及数据采集系统，水平设置的底板，垂直连接于底板的两个支架，及设置于两个支架之间的滑动导轨构成固定支座的主体框架，固定件和铰支座固接于底板，加载组件的加载横梁架设于滑动导轨顶部，两个加载辊嵌设于加载横梁底部，中部设有v型槽的待检测木构件的一端可拆卸式连接于固定件，其另一端水平架设于铰支座，第二加载辊与固定件之间的间距为待检测木构件净长度的1/3，铰支座与固定件之间的净距为待检测木构件净长度的2/3，数据采集系统的力学试验机的加载头对垫块施加竖向荷载，应变片粘贴于待检测木构件v型槽受剪区域进行应变测量，计算机根据施加的荷载和对应的应变值计算得出待检测木构件的剪切强度和剪切弹性模量；待检测木构件采用四点非对称加载方式，待检测木构件顶部的两个加载辊所在的加载点分别位于木构件净长度的1/3处和右端面，底部固定点和铰支座的支撑点分别位于木构件的左端面和木构件净长度的2/3处，待检测木构件被加载点和支撑点均分为3等份，竖向荷载的施加点位于木构件净长度的1/2处，由于荷载施加点与两侧加载辊所在的加载点的间距比为1:3，所以两侧加载辊施加的荷载比为3:1，待检测木构件净长度中部1/3长度区域(含v型槽剪切面)只受剪力作用而没有弯矩应力，使得待检测木构件的受剪部位只有剪力作用而没有弯矩作用，从而能够准确检测出木构件在纯剪应力状态的剪切强度；而且，待检测木构件仅需对称切割v型槽，无需与金属构件连接，整体性好，易于加工，既保证了v型槽处剪切面不被破坏，又不会产生应力集中现象，提高了待检测木构件的加工效率。
7、进一步的，所述待检测木构件的顶面和底面的中部对称设有v型槽，v型槽的槽口角度为110°，应变片粘贴于v型槽侧面，应变片与受剪方向成45°夹角。
8、进一步的，所述滑动导轨由两根通长的螺杆制成，螺杆的两端通过紧固螺栓与两侧支架可拆卸式连接。
9、进一步的，所述加载横梁的底部设有与滑动导轨位置相对应的一对凹槽，凹槽与滑动导轨的横截面的形状相匹配，加载横梁的一对凹槽卡扣于滑动导轨顶部并能够沿滑动导轨水平移动至合适位置，而且，加载横梁底面中部还设有卡槽，架载辊的一端穿过两根螺杆的间隙并卡扣于卡槽内，使得两个加载辊能够沿卡槽滑动进行水平间距的调节，加载辊的另一端与待检测木构件顶部接触。
10、进一步的，所述固定件的横载面呈u形，固定件的开口宽度大于待检测木构件宽度，固定件侧板中部开有通孔，待检测木构件距左端面开设位置相对应的通孔，紧固螺栓贯穿固定件侧板和待检测木构件端部的通孔并锁紧固定。
11、进一步的，所述固定支座还包括多个l形连接件，l形连接件的一侧与支架螺栓连接，其另一侧与底板螺栓连接，使得两个支架可拆卸式连接于底板。
12、另外，本发明还提供了一种木构件剪切强度检测方法，步骤如下：
13、s1：组装所述木构件剪切强度检测装置，将待检测木构件一端可拆卸式连接于固定件，其另一端水平架设于铰支座，铰支座与固定件之间的间距为待检测木构件净长度的2/3，沿滑动导轨移动加载横梁和垫块至合适位置，使得垫块位于待检测木构件的中心线，调整两个加载辊的位置，第一加载辊位于待检测木构件另一端，第二加载辊与固定件之间的间距为待检测木构件净长度的1/3，在待检测木构件v型槽的侧面中间位置粘贴应变片；
14、s2:将力学试验机的加载头对准垫块施加竖向荷载，应变片将采集的检测数据传送至数据采集器，通过标定关系曲线，获得在对应荷载下木构件的应变值，计算机读取施加的荷载和对应应变值，计算得出待检测木构件的剪切强度和剪切弹性模量。
15、本发明的木构件剪切强度检测方法，将待检测木构件一端套设并螺栓连接于固定件，其另一端水平架设于铰支座，将垫块置于待检测木构件v型槽中心线处，第二加载辊的中心线与固定件之间的净距为待检测木构件长度的1/3，第一加载辊位于待检测木构件右端，使得第二加载辊与垫块之间的间距，垫块与第一加载辊之间的间距，比值为1:3，确保第二加载辊和第一加载辊的加载力值大小比为3:1，力学试验机的加载头对准垫块施加荷载，应变片贴合放置于待检测木构件v型槽侧面，将采集的检测数据传送至数据采集器，通过标定关系曲线，获得在对应施加荷载下的待检测木构件的应变值，并根据公式计算出剪切强度和剪切弹性模量。位于加载横梁上方的垫块位于待检测木构件中心线处，即加载点位于两个加载辊距离的左1/4处，确保施加的荷载在两个加载辊上3:1的比例进行分配；两个加载辊的加载点和铰支座所在支撑点的间距相等，待检测木构件的两个加载点和两个支撑点位置固定，待检测木构件形成三等分，可以根据已知计算公式快速得出剪切弹性模量，一次检测可得到剪切强度和剪切弹性模量两个性能数据，既充分利用了材料又节省了时间和检测成本；而且通过四点非对称受力，排除了剪切面上弯曲应力、扭矩和摩擦力等干扰，能够准确地获得木构件在纯剪切应力状态下的剪切强度值，提高了检测上对于剪切强度计算的合理性和准确性。
16、进一步的，所述步骤s2中，所述剪切强度计算公式如下：
17、
18、τ为待检测木构件的剪切强度，单位mpa；
19、pmax为待检测木构件被破坏时的荷载，单位n；
20、k为剪力分配系数；
21、b为待检测木构件的剪切面的宽度，单位mm；
22、l为待检测木构件的剪切面的长度，单位mm；
23、所述步骤s2中，所述剪切弹性模量计算公式如下：
24、
25、e为待检测木构件的剪切弹性模量，单位mpa；
26、f为加载荷载时读取的实际荷载值，单位为n；
27、γ为实际荷载值为f时对应的应变值，单位为mm；
28、w为待检测木构件的含水率。
29、进一步的，所述步骤s1之前还包括，在待检测木构件顶面和底面的中部切割加工出v型槽，v型槽上、下对称设置，v型槽的槽口角度为110°，应变片粘贴于v型槽侧面，应变片与受剪方向成45°夹角。
30、进一步的，所述步骤s1还包括，力学试验机的加载速度设置为2～3mm/min，或者加载时间设置为2min～3min内。
1.一种木构件剪切强度检测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的木构件剪切强度检测装置，其特征在于：所述待检测木构件的顶面和底面的中部对称设有v型槽，v型槽的槽口角度为110°，应变片粘贴于v型槽侧面，应变片与受剪方向成45°夹角。
3.根据权利要求1所述的木构件剪切强度检测装置，其特征在于：所述滑动导轨由两根通长的螺杆制成，螺杆的两端通过紧固螺栓与两侧支架可拆卸式连接。
4.根据权利要求1所述的木构件剪切强度检测装置，其特征在于：所述加载横梁的底部设有与滑动导轨位置相对应的一对凹槽，凹槽与滑动导轨的横截面的形状相匹配，加载横梁的一对凹槽卡扣于滑动导轨顶部并能够沿滑动导轨水平移动至合适位置，而且，加载横梁底面中部还设有卡槽，架载辊的一端穿过两根螺杆的间隙并卡扣于卡槽内，使得两个加载辊能够沿卡槽滑动进行水平间距的调节，加载辊的另一端与待检测木构件顶部接触。
5.根据权利要求1所述的木构件剪切强度检测装置，其特征在于：所述固定件的横载面呈u形，固定件的开口宽度大于待检测木构件宽度，固定件侧板中部开有通孔，待检测木构件距左端面开设位置相对应的通孔，紧固螺栓贯穿固定件侧板和待检测木构件端部的通孔并锁紧固定。
6.根据权利要求1所述的木构件剪切强度检测装置，其特征在于：所述固定支座还包括多个l形连接件，l形连接件的一侧与支架螺栓连接，其另一侧与底板螺栓连接，使得两个支架可拆卸式连接于底板。
7.一种木构件剪切强度检测方法，其特征在于，步骤如下：
8.根据权利要求7所述的木构件剪切强度检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述剪切强度计算公式如下：
9.根据权利要求7所述的木构件剪切强度检测方法，其特征在于，所述步骤s1之前还包括，在待检测木构件顶面和底面的中部切割加工出v型槽，v型槽上、下对称设置，v型槽的槽口角度为110°，应变片粘贴于v型槽侧面，应变片与受剪方向成45°夹角。
10.根据权利要求7所述的木构件剪切强度检测方法，其特征在于，所述步骤s1还包括，力学试验机的加载速度设置为2～3mm/min，或者加载时间设置为2min～3min内。
