王忠铖 杨 娜

( 北京交通大学土木建筑工程学院 结构风工程与城市风环境北京市重点实验室 北京 100044)

木材的长期承载能力远低于暂时承载能力，在长期荷载作用下，木材会发生纤维等速蠕滑,累积后产生较大变形，强度降低，且施加荷载越大，木材从受荷开始至破坏的时间越短(龙卫国， 2005)。20世纪50—80年代，国外学者对木材长期强度进行了大量试验研究(Brokawetal.， 1952； Youngsetal.， 1963； James， 1968； Mcnatt， 1975； Strickleretal.， 1976)，基于金属疲劳破坏的Miners准则(Schijve， 2014)提出一种线性累积损伤理论，用以解释木材长期受荷作用下强度降低的现象(Gerhards， 1979)，即Gerhards模型：

(1)

式中：σ(t)为外应力；fs为木材静力强度；α为损伤累积量，其变化范围为[0，1]，α=0表示木材无损伤，α=1表示木材失效；A、B为待拟合参数。

Gerhards模型形式简单，以往众多木材长期受荷性能研究均以该模型为基础(Fridleyetal.， 1989； 1990； 1991； Kuilen， 2007； 李瑜， 2008； Srensenetal.， 2005； 瞿伟廉等， 2008； Qinetal.， 2017； Wangetal.， 2019)； 然而，所有基于Gerhards模型的木材寿命预测研究，均普遍存在模型参数选取问题，Gerhards模型是一个指数形式的函数，参数的微小差异会导致寿命预测结果的巨大差别(Wangetal.， 2019)。

鉴于此，本研究分析木材长期寿命预测中常用Gerhards模型的适用性，探讨参数选取对不同加载工况下模型预测结果的影响，同时针对木材寿命预测中预测值大于真实值的问题，提出一种基于Gerhards模型的区间预测模型分析方法，以期为进一步提高木材长期寿命预测精度提供理论依据。

1 Gerhards模型的适用性分析

1.1 Gerhards模型与Gerhards试验对比

Gerhards模型的数学表达式最早由Gerhards(1979)提出，随后其开展了包含6种工况的北美花旗松(Pseudotsugamenziesii)四点弯曲线性加载和恒定加载试验(Gerhards试验)(Gerhardsetal.， 1987)，木材试样横截面尺寸约50 mm×100 mm(宽×高)，跨度约2 100 mm，试验期间环境温度24 ℃，相对湿度55%，各试验加载工况见表1。……