竹材受弯构件增强技术的研究进展

竹材是一种可持续发展的生物质材料,其作为传统建筑材料有悠久的历史。现代竹结构使用力学性能更加优异的工程竹材作为原材料,可实现更加灵活的建筑形式和结构布局,但普通竹材受弯构件存在截面刚度低、承载力与跨越能力不足等问题,在一定程度上限制了竹结构的应用,故研发竹构件增强技术具有重要意义。结合已有的竹材构件增强技术研究成果对其构造形式和力学性能进行系统阐述,主要包括配筋竹构件、工字形竹木组合构件、纤维复合材料(fibre-reinforced plastic,FRP)片材增强竹构件、竹-混凝土组合构件和竹-金属组合构件等。将竹材与金属、FRP及混凝土材料组合,其多种材料协调工作形成增强竹构件,增强竹构件的刚度、承载力等力学性能较普通竹构件有较大提升,能够更好地作为结构工程领域的承载构件使用。开发竹材受弯构件的更多有效增强形式、优化材料间连接构造形式、定量评价增强竹材构件的耐久性能、构建多样化的结构体系以及实现现代竹结构产业化发展等,应是未来竹材增强领域研究关注的重点方向。     

碳纤维增强重组竹受弯构件的极限承载力试验

重组竹是一种竹基高强复合材料,适用于装配式梁柱结构,但还难以满足现代大跨建筑结构的需求。在重组竹梁受拉区粘贴轻质高强的CFRP(carbon fiber reinforced polymer),可充分发挥重组竹的受压性能,提高重组竹受弯构件的极限承载力。虽然重组竹的顺纹受拉应力-应变关系呈完全线性,但由于重组竹的顺纹受压应力-应变关系具有明显的非线性,故CFRP增强重组竹梁的极限承载力分析需要采用非线性模型。笔者通过CFRP增强重组竹梁采用简支梁4点弯曲试验,在研究其受弯破坏模式与破坏机理的基础上,导出了CFRP增强重组竹梁的极限承载力计算公式,并通过试验结果验证了公式的正确性。试验与计算结果表明,CFRP增强重组竹梁的破坏显示了明显的非线性特征,梁底分别粘贴一层、二层CFRP时,其极限承载力可分别提高14%和27%。     

箍筋增强型竹梁力学性能试验

基于胶合竹方力学性能离散,易层间剥离,破坏模式呈脆性的特点,采用铁皮及玻璃纤维条带作为竹梁箍筋,对配箍竹梁进行试验研究.试验表明,配置箍筋对竹梁可起约束作用,避免了竹梁竹片间剥离,保证了构件的整体性,改善了其受力性能.     

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。     

BFRP筋增强胶合木梁受力性能分析

为有效提高胶合木梁的抗弯刚度,以东北落叶松为基材,制作了6组(1组未加筋和5组加筋)、每组3根共18根胶合木试验梁,分别对BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的受力性能、破坏形态和极限承载力进行了试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,根据各试验梁的破坏形态,对比分析了BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏机理及不同配筋率情况下BFRP筋增强胶合木梁的抗弯刚度与极限承载力。结果表明:1)BFRP筋增强胶合木梁和纯胶合木梁的破坏形态类似,均呈现受拉脆性破坏、受拉延性破坏和受压延性破坏三种破坏形态;即配筋率小于0.77%时,BFRP筋增强胶合木梁为受拉脆性破坏,配筋率为0.77%～1.51%时,为受拉延性破坏,配筋率大于1.51%时,为受压延性破坏;且前二者破坏均有明显的裂缝发生、发展过程。2)BFRP筋不仅明显改善了胶合木梁的延性性能,还延缓了胶合木梁的受拉脆性破坏时间,大大提高胶合木梁的抗弯刚度,从而充分发挥梁顶受压区胶合木的强度,同时使胶合木梁的承载能力也得到提高。3)当配筋率增大到超筋后,其承载能力不再继续增大。     

GFRP筋增强胶合木梁抗弯性能研究北大核心

为研究内嵌GFRP筋增强胶合木梁的抗弯性能,制作了11根铁杉胶合木梁,依据欧洲BS EN 408标准,对其进行四点弯曲加载试验。试验参数包括:开槽位置、槽口数量及槽口形状。试验结果表明:对胶合木梁开槽会使胶合木梁的抗弯性能显著下降,而圆形槽口对于木材的破坏程度小于方槽;同时在受拉区和受压区对胶合木梁增强,其效果比单独在受拉区增强的效果更好,极限荷载和延性系数分别提高了5.88%、16.85%;仅在木梁受拉区增强时,增加GFRP筋的数量,除了延性得到改善外,刚度和极限承载能力均降低;采用圆形槽口增强时,其增强效果优于用方槽对胶合木梁的增强。     

GFRP筋增强胶合木梁抗弯性能研究

为研究内嵌GFRP筋增强胶合木梁的抗弯性能,制作了11根铁杉胶合木梁,依据欧洲BS EN 408标准,对其进行四点弯曲加载试验。试验参数包括:开槽位置、槽口数量及槽口形状。试验结果表明:对胶合木梁开槽会使胶合木梁的抗弯性能显著下降,而圆形槽口对于木材的破坏程度小于方槽;同时在受拉区和受压区对胶合木梁增强,其效果比单独在受拉区增强的效果更好,极限荷载和延性系数分别提高了5.88%、16.85%;仅在木梁受拉区增强时,增加GFRP筋的数量,除了延性得到改善外,刚度和极限承载能力均降低;采用圆形槽口增强时,其增强效果优于用方槽对胶合木梁的增强。     

竹板增强单板层积材组合梁受弯性能

单板层积材加工成梁构件应用于建筑结构材时,由于材料本身的强度和刚度不足,其结构构件不能满足现代多、高层以及大跨度建筑的需求。竹集成材是原竹经过切削成竹片、低温干燥、碳化、涂胶,再同方向平面或侧面组坯、热压胶合而成的竹基复合材料,其力学性能与稳定性优于木材。将集成竹材作为增强材料用于加固单板层积材梁是一种简单有效的提高梁极限承载力的方法。通过进行竹板增强单板层积材组合梁四点弯曲试验,研究了集成竹板对单板层积材受弯性能的增强效果。结果表明,在单板层积材受弯构件上下部粘贴集成竹板可提高构件极限承载力10%～50%。同时,考虑单板层积材和集成竹材料的非线性,推导出了适用于组合梁的极限承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

重组竹短期蠕变性能研究

在重组竹房屋的正常使用过程中,构件会因荷载及温湿度共同作用而产生蠕变。因此,明确蠕变性能是重组竹结构设计体系不可忽视的重要问题之一。在25℃和相对湿度60%条件下,通过不同应力水平下重组竹顺纹单轴受拉、受压、三点受弯24 h短期蠕变试验,获得了蠕变应变-时间曲线及蠕变量-时间曲线,并以Burgers模型为基础,对试验结果进行了拟合。结果表明:当温湿度一定时,在较低应力水平下,蠕变只包含瞬态及稳态蠕变2个阶段,初始蠕变应变及蠕变应变总量与应力水平呈线性正相关关系,达到稳态阶段后重组竹几乎不再发生变形及破坏,具有良好的抵抗蠕变变形的能力。在较高应力水平下,重组竹蠕变不稳定性增强,抵抗蠕变性能有所降低,设计时应控制构件尺寸,确保其处于较低工作应力水平下,以利于其发挥自身抗蠕变性较高的优势。对比顺纹受拉、顺纹受压、三点受弯3种受力情况可知:顺纹受拉破坏呈脆性,无明显的破坏征兆;顺纹受压、三点受弯均具有一定的破坏征兆。Burgers模型对于包含瞬态及稳态蠕变阶段的重组竹短期蠕变性能拟合程度较高,能够较好地反映其短期蠕变性能。     

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。     

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。     

干栏民居新型原竹承重楼板技术研究与实践

篾笆楼面板是传统干栏民居广泛采用的楼面技术,存在刚度低、不防火、隔音差等缺点,严重影响干栏民居的安全性和舒适性。为克服篾笆楼面板的缺陷,提出了一种新型原竹承重楼板技术,利用原竹天然具有的优良物理力学特性,密排铺设在楼面格栅上,具有很好的承载能力,在原竹表面铺设防潮层,用纤维增强黏土做找平层,方便多种现代楼面装饰做法。该技术已经成功运用于示范项目建设,该技术的推广应用,不但可以显著提高干栏民居的安全和舒适水平,还有助于减少木材、水泥、钢材等建筑材料的消耗,有良好的社会、环境和生态效益。     

竹模板在工程施工中的应用

本文作者对竹模板在钢筋砼浇注施工中的应用及竹胶模板的选用,框架柱组合定型模板,墙体钢竹组拼式大模板,楼板竹模板快拆体系,以及使用中注意的几个问题,均作了较详细的阐述。     

竹材在土木建筑中的应用

我国竹类资源比较丰富，而木材、钢材等建筑材料紧缺的问题将日益突出，在这种形势下，竹材作为一种速生的森林资源，其优越的性能将会越来越引起人们的关注。本文介绍了竹材的一些性质以及原竹在建筑中的应用情况。以竹代木、以竹代钢合理地利用好竹材，不仅能够缓解建筑材料紧缺的形势，而且将会对我国的生态环境起着重要的保护作用。     

毛竹力学性能在竹家具中的应用研究

随着社会的发展与进步,竹家具已经成为现代家具行业发展的趋势。竹材的力学性能决定其用途,但现代竹家具的造型设计大多沿用传统圆竹家具样式,无法将竹材本身特有的力学性能与现代竹家具设计完全融合。本文以毛竹的力学性能为切入点,详细论述了毛竹的比强度、比刚度、弹性、顺纹弯曲性和顺纹抗压抗拉强度等力学特性在竹家具设计中的应用,以期为我国家具业的发展提供新思路。     

竹材碳足迹内涵及其对产业发展的调控作用

植物是陆地上唯一能够从大气中固碳的自然生态系统，其减缓气候变化、改善人类生活质量的能力远未被认识和充分发挥。竹子是世界上生长最快的植物之一，固碳潜力巨大，一次种植可永续利用。竹子从光合作用、生长发育、采伐收获、产品制造、友好利用直至分解释放的全生命周期过程，是碳汇或碳封存的全过程，即竹材碳足迹。通常研究的竹林碳汇只涉及竹林生长阶段，忽略产品使用阶段，以及相互之间的联系。开展竹材碳足迹的全过程系统监测和研究，完善竹林碳汇的内涵，正确认识碳循环规律，是当前全球气候变暖背景下碳汇研究的必由之路；特别是在竹材碳足迹的理论指导和政策实施之下，促进竹林定期采伐、全量收获、健康生长，促进竹产品量产利用，增加产品碳封存时间、提高产品寿命，促进资源高效利用、脱贫增收致富、延缓碳排放，调控全生命周期各个环节合理有序、协同发展，意义更加重大。竹材碳足迹理念的实施对系统认识竹林碳汇、指导竹林健康生长、提高产品产量和质量、推进竹业全产业链发展、减少二氧化碳排放，具有重要学术价值和实用价值。     

Repair and strengthening of timber cantilever beams

This research aims to study the feasibility of repair and strengthening of timber cantilever beams used in historic buildings. It is conducted to investigate the feasibility of using different valid materials and techniques to repair and strengthen timber cantilever beams in new and historic timber buildings. The study is performed in terms of structural performance as well as historic and architectural values. An experimental program of several different materials and techniques is executed. The results are driven in terms of initial cracking load, crack propagation for the tested samples at different loading stages, deflection values, and failure load for each repaired or strengthened material and technique. The main variables are timber types (new and historic), repair and strengthening materials (steel plates, Glass Fiber Reinforced Polymer wrap, and Carbon Fiber Reinforced Polymer laminates), repair or strengthening techniques (near surface mounted and externally bonded system), and cantilever length (1000 and 1250?mm). Test results indicated that using steel plates, glass fiber wrap, and carbon fiber laminates increases the value of failure loads and decreases the deflection at both; repaired and strengthened timber cantilever beams compared to control beams.     

以竹代塑 绿色生活——四川兴文县创新竹日用品产业发展探索

竹子生长速度快,固碳优势明显,同时竹材加工性能好,竹制品性价比高,竹材可替代木材、钢材和塑料,在低碳经济发展中发挥着重要作用。在“禁塑限塑”已成为全球共识和全球行动的背景下,四川省兴文县依托丰富的竹资源,将竹产业作为重点产业,着重发展“竹代塑、竹食品、竹纤维”3大精深加工产业,而“竹代塑”又是林竹精深加工产业的重中之重。兴文县围绕竹代塑,开展主题宣传、精准招商,举办创新竹日用品峰会及创新竹日用品设计大赛,组建“专班+公司”平台,制定扶持政策,致力于推动创新竹日用品发展,带动兴文县竹产业高质量发展。文章概述了兴文县在打造“创新竹日用品之都”中的突出做法,以期为探索竹产业高质量发展以及建设“以竹代塑”绿色发展示范城积累经验。     

中国竹类植物植硅体碳研究

植硅体碳（Phyt OC）作为陆地生态系统中重要的碳汇来源,由于其稳定性强、不易分解等特点,成为当今全球生物固定CO₂的重要手段。植硅体碳的稳定性对全球陆地土壤碳库贡献比植硅体碳储量要大得多。文中综述了中国竹林生态系统植硅体碳的研究成果与进展。研究发现,不同竹种植硅体碳的含量差异较大,同一竹种不同器官的植硅体碳储量也存在差异,在竹林土壤中植硅体碳的分布呈现出随土壤深度的增加而减少的变化趋势。中国竹林分布面积广,竹种类型多样,竹资源丰富,今后应加强对不同竹种间植硅体碳的研究,特别是进一步提高竹林生态系统中植硅体碳储量的措施,结合当下经济、社会等因素,更加突出植硅体碳带来的经济和社会效益。