碳纤维复合材料加固带缺陷木梁的试验研究

由于木材是存在天然缺陷的生物质材料,故木构件在实际使用时存在不可避免的缺陷。已经使用的木结构大都存在开裂、腐朽等损坏现象,其力学性能有所降低,因此木结构需要进行定期修复。木构件的力学性能随缺陷位置不同而产生差异,通过在缺陷梁受拉区底部粘贴轻质高强的碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)提高缺陷木梁承载力。通过四点弯曲试验,研究缺陷梁与加固梁的受弯性能与破坏模式,分析缺陷所在不同位置对木梁破坏形态和承载力产生的不同影响。结果表明,受拉区木节对抗弯强度的影响大于受压区木节产生的影响,中性轴处的缺陷导致木梁产生脆性破坏。木梁受拉区有木节时,在底部粘贴CFRP布能很好地起到加固效果,当木梁上部受压区存在缺陷时,破坏由上部缺陷决定,在底部粘贴CFRP布的加固效果不显著。     

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。     

重组竹的单轴与纯剪应力应变关系

重组竹是将竹丝束平行组坯、经高压胶合而成的一种生物质复合材料,是一种极具潜势的建筑结构材料。研究重组竹的基本力学性能和应力应变关系,是建立此类材料本构关系和进行重组竹结构非线性分析的基础。将重组竹理想化为横向各向同性复合材料,通过试验,给出了重组竹各主轴方向的单轴与各主平面的纯剪力学参数,建立了各种应力状态下的应力应变关系。结果表明,重组竹力学性能优于常用的结构用木材,且变异性较小。重组竹顺纹受拉强度约是顺纹受压强度的2倍;横纹受拉强度远远低于横纹受压强度;横切面内的剪切模量及强度远远低于另外两个方向,且横纹剪切强度是顺纹剪切强度的3倍。重组竹的应力应变关系和破坏模式与纤维参与受力程度密切相关。顺纹受拉时,拉应力完全由纤维承担,破坏表现为纤维的脆性拉断,强度最高,应力应变为完全线性关系;其他应力状态下,破坏均发生在基体或纤维-基体界面,若裂纹的扩展受到纤维限制,破坏呈渐进性,强度较低,应力应变曲线由早期的线性关系转入后期的非线性关系;当裂纹的扩展未受到纤维限制,破坏强度最低,应力应变呈线性关系。