竹-短木组合梁受弯性能试验研究

为解决木材利用率低、成本高的问题,提出了一种以零碎短木粘结竹集成而成的竹-短木组合梁。通过3根木梁、3根直拼的竹-短木组合梁(SBT)和3根搭接的竹-实木组合梁(OBT)的三分点加载受弯对比试验,研究了其破坏形态、极限承载力和位移延性等。结果表明:竹-短木组合梁破坏类型为脆性破坏;竹-短木组合梁跨中截面沿高度应变仍基本符合平截面假定;OBT试件受弯承载力平均提高1.6%,力学性能媲美木梁;最后提出了受弯承载力计算简式,与试验结果较为吻合。竹-短木组合梁替代木梁,在小跨度木结构工程中具有应用价值。     

竹-原木组合梁受弯承载力试验与数值模拟

【目的】竹、木结构使用越来越广泛,传统竹、木结构跨度、结构尺寸和承载力受到材料特性多因素影响,大多以钢木、木混等组合居多,竹木组合结构很少,对竹木组合结构受力特性研究甚少。揭示竹木组合梁结构受力特性与承载力计算关系。【方法】以原木为骨架,利用环氧树脂胶合剂连接竹集成材一种竹-原木组合梁试验模型,采用结构尺寸和特性一致的3根原木梁和3根竹-原木组合梁,进行了三分点加载受弯对比试验,分析两种结构梁的破坏形态、极限承载力、抗弯刚度和应变变化规律。【结果】1)原木梁和竹-原木组合梁均发生脆性破坏,两种原材料天然缺陷对受弯承载力有较大影响。2)跨中截面沿高度应变仍基本符合平截面假定,说明竹材和木材能够协同工作。3)竹-原木组合梁相比原木梁组平均值抗弯承载力提高了38.8%,刚度提高43.3%,跨中挠度增加24.2%。4)竹原木组合梁受弯承载力计算简式的理论计算与与试验结果进行对比,竹-原木组合梁极限承载力相比原木梁提高37.36%与试验结果提高38.8%,平均误差值在5%以内。【结论】说明竹片充分发挥抗拉性能,抗弯刚度和承载力均有较大提高;假定推理出了数值模拟与试验结果吻合较好,该研究成果对于竹-木组合结构设计以及在木结构工程中的应用提供了试验和理论依据。     

长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响

为研究长期荷载作用对钢-竹组合箱形柱力学性能的影响规律,以长期荷载水平、截面尺寸、有无螺钉为参数设计制作了9根钢-竹组合箱形短柱试件,其中6根为长期试件,施加长期荷载后实施二次轴心受压破坏试验,其余3根作为对比用的短期试件,直接进行一次轴心受压破坏试验。对比分析长期试件和短期试件的破坏过程、破坏形态、破坏特征,探讨长期荷载作用后的钢-竹组合箱形短柱的荷载-应变关系、极限承载力、构件延性等力学性能的变化规律。结果表明:长期荷载水平对试件极限承载力和延性系数有一定的影响,但对屈服承载力的影响不明显;增大截面尺寸,试件屈服荷载提高,极限承载力和延性系数降低;螺钉可以提高试件延性系数而对承载力影响不明显;长期荷载作用后试件极限承载力和延性均有一定的衰减,但极限承载力仍高于1.5倍的屈服承载力、延性系数大于2.0,说明长期荷载作用后,钢-竹组合箱形柱仍具有良好的强度贮备和延性性能,能够作为长期受力构件用于实际工程结构。     

重组竹横纹局部受压承载力试验研究

为了解不同工况下重组竹横纹局部受压的力学性能,对5组不同工况下的重组竹试件进行了横纹局压试验,采用0.5 mm/min的速度加载至试件破坏,得到试件的破坏特征、极限承载力和每组试件的荷载-位移曲线。试验结果表明,重组竹横纹局压极限承载力比较稳定,其变异系数均小于0.1;不同工况对试件的极限承载力和破坏形态有明显影响,承压区周围的围压面越多,其承载力越大。结合已有的木材横纹局压承载力计算方法和试验结果,考虑到重组竹本身硬度较大的特性,将重组竹顺纹和横纹方向的应力扩散长度均取为20 mm,得到了重组竹横纹局压的承载力计算公式,其计算结果均小于每组试件极限承载力的平均值,表明本研究得到的计算公式具有较高可行性。     

钢-竹组合楼板受弯试验及变形分析

为了探讨界面滑移效应对钢-竹组合楼板变形的影响,进行6块组合楼板受弯性能试验.试件共分为2组,一组为冷弯薄壁型钢与竹胶板界面仅周结构胶复合,另一组则在胶粘基础上用自攻螺钉强化,对组合楼板破坏形态、承载能力、跨中变形、界面相对滑移等进行研究.分析表明：第一组试件考虑滑移效应的跨中变形计算值与实测值吻合较好,因考虑了跨中附加挠度的影响,理论计算结果与换算截面法相比,其精度大约提高5％,更符合实际情况;第二组由于自攻螺钉的强化作用,整体性能提高很多,材料进入塑形阶段,所建理论模型不符合试验情况,有待进一步研究.     

碳纤维增强聚合物 重组竹复合材的弯曲力学性能

重组竹已广泛应用于室内高档装饰、园林景观、室外防腐地板等领域,但重组竹的弹性模量比较小,为钢材的1/7~1/5,应用于建筑领域时难以充分发挥其自身高强度的特性。针对重组竹刚度较小的问题,提出一种重组竹板和碳纤维增强聚合物(CFRP)厚板嵌合粘接的新型重组竹复合材料,采用三点弯曲试验和有限元仿真方法,对CFRP 重组竹复合试件的失效模式、荷载 位移关系、应变曲线、胶层界面剥离影响等进行了研究。结果表明:重组竹试件失效模式是跨中位置处拉伸区域竹纤维断裂,且出现若干水平分层破坏,CFRP 重组竹复合试件的失效模式是CFRP与重组竹层间胶层出现大面积剥离;CFRP 重组竹复合试件的变形过程分为线弹性阶段和界面破坏阶段;CFRP可以明显提高重组竹梁的弹性模量和静曲强度,复合试件弹性模量是重组竹试件的2.33~2.94倍,静曲强度是重组竹试件的1.49~1.58倍;胶层界面剥离是CFRP 重组竹复合试件失效的重要因素,胶层界面剥离对复合试件的应变分布和挠度都有较大影响,完全剥离后试件的挠度是未剥离时的3.09倍。     

倾斜角度对木榫旋转焊接节点抗剪性能的影响

为给木榫旋转焊接技术在无胶组合木梁中的应用提供设计参考和理论依据,研究木榫旋转焊接组合梁中木榫的抗剪性能。选用山毛榉(Fagus sylvatica)木榫旋转焊接SPF(Spruce-Pine-Fir)基材,设计木榫垂直焊接和倾斜焊接,共3组试件,每组各制备50个,进行单剪试验,获得其破坏模式及荷载-位移曲线。试件的木榫破坏模式为类双铰破坏,其中,S-135组存在绳索效应。基材受木榫挤压破坏。对荷载-位移曲线进行特征值分析,S-135组各特征值均最大,抗剪效果最好。分别采用GB 50005-2017、美国NDSWC-2018木结构设计规范和欧洲Eurocode 5-2014木结构设计规范中金属销类连接件抗剪承载力公式,计算3组试件的承载力。结果表明,除Eurocode 5-2014计算S-90、S-135组以及GB 50005-2017计算S-135组误差较小外,其余计算误差均较大。基于破坏模式进行受力分析,提出适用于旋转焊接木榫的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,误差均小于10%。     

圆竹材套筒式钉接构件的抗弯性能研究

圆竹可作为结构材用于新型竹结构建筑。以不同径级的圆竹筒为原材料,采用大圆竹材套小圆竹材的套筒式镶嵌结合方式,辅以气钉枪钉接固定,制备连接件;并进行静力加载试验,分析其抗弯承载力和破坏形态,同时对圆竹管重要位点进行了应变测试。结果表明:套筒式钉接圆竹试件与完整的单根圆竹试件相比,抗弯强度和抗弯弹性模量分别降低了59.49%和18.68%。套筒式钉接圆竹试件的破坏模式多为连接接口处开始的纵向开裂,部分试件直钉孔处出现细缝。两组圆竹试件在弹性阶段的各测点应变均呈线性变化,且拉、压应变基本对称分布。套筒式钉接圆竹试件各测点应变相对于完整的单根圆竹试件略小。研究结果可为圆竹材工程应用提供参考依据。     

胶合竹片胶层开裂数值模拟研究

为了建立竹材胶合性有限元模型,分析胶合参数对胶合竹集成材性能的影响,为竹集成材数字化优化设计提供参考和指导。应用损伤内聚力单元模型分析胶合搭接竹片,建立竹材胶合开裂数值模型,研究胶接竹片在受载情况下滑剪破坏过程以及搭接长度对胶合竹片承载能力的影响。在位移载荷作用下,开始时胶合层的应力随着弹性变形位移的增加而增加,当达到一定值时胶层开始出现开裂,胶层破坏,且最大应力发生在靠近胶合层边界上;搭接竹片胶合能力随着搭接长度增大而增大。实验结果验证所建数学模型有效,对竹集成材进一步分析和应用提供理论技术支撑。     

木骨架竹条覆面墙板竖向承载力试验研究

为研究木骨架正交斜放竹条覆面墙板的竖向承载能力,设计了3种覆面组合墙板试件(双面竹条,竹条-石膏板,层板-石膏板),每种墙板试件各3块,尺寸为1 200×1 200 mm。通过对试件进行竖向承载力试验,研究对比分析3种覆面组合墙板的破坏模式,荷载-变形曲线以及极限承载力。试验结果表明:墙体破坏初期,竹条覆面部分发生弯曲,层板与石膏板中部发生弯曲;继续加载,覆面与龙骨连接铁钉拔出,部分竹条失去与墙体连接,层板石膏板发生弯折破坏;最终,竖向龙骨整体失稳导致墙体破坏。层板-石膏板组合墙板竖向龙骨表现为墙板平面内失稳破坏,覆面为竹条的组合墙板竖向龙骨表现为墙板平面外失稳破坏。分析结果表明:正交斜放竹条覆面可提高试件竖向承载能力,且延性优于层板-石膏板覆面墙板试件。     

胶合木-钢夹板螺栓连接滞回性能试验

【目的】为探明胶合木-钢夹板螺栓连接的动力性能和抗震性能,确保连接件在车辆、机械振动等动力荷载下的可靠性。【方法】针对胶合木-钢夹板螺栓连接的构造特点,考虑胶合木厚度和螺栓直径之比(厚径比)、螺栓顺纹间距、螺栓并列和错列布置方式等参数的影响,设计制作了4类13组共39个胶合木-钢夹板螺栓连接件,在低周反复荷载作用下进行滞回性能试验。【结果】试验结果表明:在单螺栓连接中,连接部位的破坏模式逐渐由"螺栓刚直"向"双铰"转化,胶合木销槽破坏模式逐渐由销槽整体承压破坏向两端部挤压破坏转变,试件滞回曲线基本都呈现饱满的弓形和棱形,具有良好的耗能能力和抗震性能,但其承载能力较低。在多螺栓连接中,螺栓和胶合木的破坏模式分别以"双铰"破坏和销槽端部挤压破坏为主,试件滞回曲线均呈现饱满棱形,该类试件在承载能力、抗震性能和耗能能力上均有大幅提升;随着螺栓顺纹间距的增大,试件的承载能力不断增大,但螺栓顺纹间距在200 mm时,极限荷载增幅趋于平缓,初始刚度增涨大幅放缓,且整体刚度退化与螺栓顺纹间距为250 mm时基本相同;螺栓并列布置滞回曲线饱满程度好于错列布置;螺栓双排布置承载能力比单排布置的承载能力更高,刚度退化更小。【结论】胶合木-钢夹板螺栓连接具有较好的耗能能力、抗震性能及延性性能;螺栓顺纹间距在200 mm时,抗震性能最佳;螺栓错列布置的抗震性能比并列要好,螺栓双排布置的抗震性能更优越。     

压型钢板-轻骨料混凝土组合板的纵向抗剪性能

为评价压型钢板-轻骨料混凝土组合板的纵向抗剪承载性能,设计了11块压型钢板-轻骨料混凝土组合板足尺比例试件,采用四分点加载,完成了静力加载试验,分析了组合板的破坏过程,得出了组合板的荷载-挠度曲线、弯矩-端部相对滑移关系曲线,并分别用m-k法和部分剪力法对组合板的剪切粘结性能进行分析比较。结果表明:所有试件端部都发生较明显滑移和剪切-粘结破坏;钢板厚度、组合板厚度的增加、端部栓钉的设置均能有效提高组合板两种材料的协同工作性能,增强组合板延性和承载性能;所获剪切粘结系数m、k及剪切粘结应力设计值τ_(u,k)均能较好地描述组合板纵向抗剪承载性能,为压型钢板-轻骨料混凝土组合板的实际工程设计提供参考依据。     

木质素改性脲醛树脂对竹层积材甲醛释放量及胶合性能的影响

针对竹层积材中甲醛释放量过高的问题,以碳化竹片为原料,利用木质素作为脲醛树脂胶黏剂的甲醛捕捉改性剂,对脲醛树脂胶黏剂进行共混改性后压制双层竹层积材。采用木质素添加量和组坯方式的双因素分析法,探讨木质素改性脲醛树脂胶黏剂对竹层积材甲醛释放量及胶合性能的影响;采用环境扫描电子显微镜(ESEM)对木质素改性后的竹层积材胶合界面进行微观形貌分析。木质素的加入使竹层积材的甲醛释放量明显降低,各组坯方式下竹层积材的甲醛释放量差异较小,均可达到GB 18580—2001标准规定的E2级;随着木质素添加量的增加,竹层积材的剪切强度逐渐增大,竹黄面与竹黄面无节组坯试件(II)、竹黄面与竹青面无节组坯试件(IO)及竹黄面与竹黄面有节组坯试件(Node)的剪切强度均在木质素添加量为40%时达到最大,分别为7.6,8.0和8.5 MPa,相比空白组分别提高了85%,70%和41%;对于竹黄面与竹黄面组坯试件,带节试件的胶层剪切强度大于无节组;由ESEM可知,碳化竹材胶合界面被压缩甚至压溃,表面细胞不同程度呈扁平碎片状,胶黏剂主要渗透到竹材的表层破坏细胞,多数为薄壁细胞,位于竹材表层的维管束中偶尔也会有胶黏剂存在,极少量胶黏剂可能通过裂隙进入竹材更深部位的细胞。结果表明:在相同木质素添加量条件下,组坯方式对竹层积材甲醛释放量几乎没有影响;黄-黄无节组坯试件、黄-青无节组坯试件及黄-黄有节组坯试件胶层剪切强度随着木质素添加量的增加逐渐增大,黄-青组坯试件的胶层剪切强度普遍优于黄-黄组坯试件,黄-黄有节组坯试件胶层剪切强度均大于无节试件;ESEM分析表明,由于碳化竹片表面易被压缩压溃,木质素含量较大的高黏度胶黏剂缺乏有效渗透,致使胶黏剂集聚在压溃细胞表面,竹片胶合界面有效胶层厚度增大,从而导致胶层剪切强度增加。     

现代胶合竹的超声波检测与轴压强度的试验研究与分析

胶合竹材料作为一种竹材深加工产品,具有强度高、性能稳定、适宜工业化生产加工等特点。为深入研究胶合竹材料的力学性能,对7组共70个基材叠合方向、试件长度不同的胶合竹清材小试件进行了超声波波速检测和轴心抗压强度试验。试验结果显示,胶合竹材料具有较高强度,破坏以试件基材破坏而非胶层剥离为主。胶合基材的叠层方向对超声波速和刚度、轴压强度影响较大,超声波速与强度、弹性模量具有一定相关性,因此可以基于超声波波速指标对胶合竹试件的强度和弹性模量进行无损检测。通过各试件的抗压强度曲线可以发现,顺纹抗压试件的强度明显高于2类横纹抗压试件,后者在试验后期仍可产生获得强度提升,3类试件都具有较大的塑性变形能力,3类试件不同的力学特性可以使其应用于不同的场景。     

钢骨-钢管混凝土梁柱节点动力性能的ANSYS有限元分析

目的确定一种新型的梁柱节点—钢骨-钢管混凝土梁柱节点在低周反复荷载作用下的破坏形态和滞回曲线.方法采用有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性有限元分析理论,对该新型节点进行研究.结果构件最后破坏时,节点区的钢管壁产生了严重的扭曲变形,使模型的实体单元遭到严重破坏.结论有限元计算的应力分布发展状况和节点区的破坏状况与文献试验结果吻合良好;有限元计算的P-△滞回曲线也与试验结果吻合良好,且P-△滞回曲线比较饱满,延性和抗震性能比较好。     

正交胶合木抗压承载力试验研究

为获得正交胶合木（CLT）截面的综合抗压性能，对由云杉-松-冷杉（SPF）制成的CLT试件进行抗压试验，并基于复合层板理论计算CLT的抗压强度、泊松比及弹性模量等，旨在为CLT力学性能测试提供参考。制作了9个尺寸相同的CLT试件进行轴心受压试验，分析其极限承载力、纵向应变、横向应变、泊松比等的变化规律；依据《木结构设计标准》预测试件的理论承载力并辅以有限元验证。结果表明：荷载-轴向位移试验曲线呈典型的二折线特征，轴压力下试件分别经历了弹性和弹塑性阶段直至试件破坏；经换算得到的SPF等效弹性模量为10 011.57 MPa，抗压强度为35.16 MPa，泊松比为0.39，理论计算值与试验值较为吻合；弹性段有限元模拟结果与试验值吻合良好。     

交错层积竹板抗火性能数值分析

通过Abaqus软件建立了考虑层板脱落的交错层积竹（CLB）板抗火性能有限元分析模型,采用ISO-834标准火灾升温曲线对模型的温度场及炭化特性进行分析,并与现有试验结果进行对比。结果表明：对于温度场分析,该数值模型在层板间的有限元解与试验值吻合精度较高,而层板内部有限元解与试验值存在一定的误差;对于不同受火时间下CLB板炭化深度的有限元解,均与实验结果吻合性较好。     

竹框架装配式梁柱节点单调加载试验

竹结构房屋是一种典型的装配式建筑,节点是整个结构中最重要的组成部分,也是最薄弱的部位,节点的破坏会导致整个结构的倒塌,为此设计了一种由竹质构件和钢结构部分组成的装配式框架节点,为了解新型装配式节点的力学性能,制作两组共4个足尺模型试件,进行单调加载试验,分别调查节点梁翼缘钢板及柱套钢板厚度对节点力学性能的影响,得到了每个节点的荷载-位移曲线和弯矩-转角曲线,4个节点的极限转角为0.095,0.097,0.080和0.079 rad,4个试件的极限承载力分别为12.10,16.60,11.70和14.63 k N,并在试验的基础上,给出了节点的弯矩-转角曲线方程,4个试件的第一刚度分别为283,396,241和622 k N·m/rad。结果表明,增加节点梁翼缘钢板厚度既可以提高承载力,又可以增加节点的转动能力;增加柱套钢板的厚度可以提高节点的承载力和初始转动刚度。     

温度对重组竹短期受压蠕变性能的影响

通过对重组竹受压试件进行短期蠕变试验,研究温度对重组竹受压试件蠕变特性及蠕变规律的影响。针对不同应力水平下温度对重组竹短期受压蠕变的影响,研究了在同一应力水平7.5%下,重组竹在5种不同温度下的24 h顺纹受压蠕变性能;进一步比较了重组竹在应力水平为7.5%,15%,30%且温度分别为25,50,75℃情况下的24 h顺纹短期受压蠕变特点。最后,采用Burgers模型对上述不同温度变量和不同应力水平变量下重组竹短期受压蠕变曲线进行拟合分析。结果表明:在重组竹顺纹受压蠕变中,温度和材料应力水平越高,瞬时弹性变形越大,重组竹蠕变应变总量越大,重组竹抵抗蠕变性能越弱,且较高温度和较高应力水平的同时作用会对重组竹构件产生不利影响;Burgers模型的拟合决定系数基本均在0.98以上,说明Burgers模型能够较准确地描述温度对重组竹短期受压蠕变曲线特性的影响。根据试验与拟合曲线特性可知,重组竹顺纹受压蠕变中弹性变形占80%以上,说明在不同温度下重组竹顺纹受压蠕变中弹性变形占主要部分,随着温度的升高,弹性变形有所下降,黏性变形逐渐增加。     

单调荷载下三层正交胶合木企口节点的剪切性能

为了研究3层正交胶合木(CLT)企口连接的连接性能,对3种不同榫头长度的正交胶合木企口连接试件和传统半搭接连接试件进行准静态单调加载剪切测试。分析企口试件的破坏模式,比较企口试件与半搭接试件在承载能力、刚度以及延性方面的改变,并对比3种不同榫头长度对CLT企口节点抗剪性能的影响。测试使用全螺纹自攻螺钉,垂直CLT板宽面单侧打入,企口连接的榫头长度分别为35,50和65 mm,半搭接连接的搭接长度为50 mm。参照欧洲标准EN 26891-1991进行准静态单调加载。结合试验现象和数据进行了分析比较,结果表明:企口试件的主要破坏现象为STS屈服、钉帽拉穿和木材销槽承压破坏,同时,得益于企口连接的剖面形状,试件在整个加载过程中保持了良好的完整性,未发生面外偏转。半搭接试件易发生面外偏转、钉尖拔出、构件分离。3种榫头长度的企口连接相较半搭接连接在最大承载力、初始刚度和延性方面都有提升。榫头最长的TG-65组试件力学性能相对较好,较半搭接HL-50组试件承载力提升23%、初始刚度提升200%、延性系数提升206%。