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。     

竹节对竹材抗压力学性能影响的试验研究

以毛竹为对象,对竹材抗压性能进行研究,分析了无竹节、单竹节及双竹节对竹材抗压弹性模量、竹材横纹抗压强度、顺纹抗压强度的影响。试验结果表明:抗压弹性模量与含水率成反比,即含水率越高,抗压弹性模量越小;抗压弹性模量与竹节数成正比,按照无竹节、单竹节及双竹节试测出抗压弹性模量均值分别为12.66 GPa、13.673 GPa、14.087 GPa。对于横纹抗压,竹节能较大的提升竹材的承载性能,单竹节及双竹节较无竹节在强度上有1.30及2.333倍增加;对于顺纹抗压,竹节对提升竹材承载性能有一定影响,但幅度不够明显;通过显著性检验可知竹材有无竹节对横纹抗压强度有显著性影响,竹节对竹材顺纹抗压强度的影响在90%的置信区间上存在显著相关。     

装配式圆竹结构螺栓连接节点的力学性能

近年来,随着新型结构和绿色建材的推广和发展,竹材作为结构材料用于建造新型竹结构建筑开始得到越来越多的关注。针对装配式圆竹结构螺栓组合节点,采用单螺栓、双螺栓和节点域高强度砂浆强化处理3种形式进行静力加载试验研究,分析其承载力和破坏形态。试验结果表明:装配式圆竹结构螺栓组合节点在保证一定构造条件后,可以有效避免脆性破坏,同时使竹材和螺栓的力学性能均能得到充分发挥并形成延性破坏,节点整体受力性能良好。采用双螺栓节点设计及节点域高强度砂浆强化措施可以明显提高螺栓组合节点的承载能力。基于试验建立了力学模型,并推导出组合节点的理论求解公式。通过结果比较发现,解析值和实测值的平均比值可达0.98,表明解析方法具有可适用性。该理论模型可以作为圆竹结构螺栓组合连接节点承载力计算的参考公式。     

GFRP管约束竹筋细石混凝土组合杆力学性能试验

在当前绿色发展、“双碳”目标、科技创新的多元化发展中,工程建设行业要实现“双碳”目标,需寻找合适的钢制品替代产品。竹材作为重要工程结构用材应时而发,很有必要研发“以竹代钢”的创新技术和产品。依据实际工程需求,提出一种玻璃纤维复合材料(GFRP)管约束大截面竹筋细石混凝土组合(GBCC)构件,替代薄壁钢管用作围栏承载立杆。GBCC构件力学性能良好、制作工艺简单、产品绿色低碳。为研究GBCC的基本受力性能和不同材料的协同工作状态,进行了12根GBCC短杆轴压破坏试验、7根长杆轴压稳定试验和10根长杆抗弯试验,并研究了GBCC杆力学性能的影响规律。结果表明：GBCC短杆轴压胀裂压溃破坏,长杆轴压失稳,长杆抗弯脆性断裂破坏;GBCC材料构成、含竹率、细石混凝土密实性、试件受力方向、竹筋缺陷均影响GBCC杆的受力性能;含竹率20%左右的GBCC试件能够达到甚至超过薄壁空心钢管试件的承载力和变形能力;GBCC长杆具有很好的弹性变形能力,基于试验结果构建了GBCC长杆抗压失稳极限承载力公式。     

梁山慈竹埋节与侧枝扦插育苗技术研究

以梁山慈竹竹节和侧枝为试验材料,研究竹节年龄、部位、侧枝年龄、扦插基质、扦插时间和植物生长调节剂处理对育苗发笋率和成活率的影响,为湖南地区梁山慈竹埋节与侧枝扦插育苗提供参考.结果表明:2～3年生竹节育苗发笋率和成活率均高于1年生竹节,竹秆中部竹节育苗发笋率和成活率高于竹秆下部和上部竹节,竹腔灌注IBA溶液会降低竹节育苗...     

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。     

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。     

掺土和施肥对铁尾矿基质理化性质及油松、樟子松幼苗生长的影响

【目的】砂寻求最合理的铁尾矿基质改良措施,为铁尾矿土壤改良与植被恢复提供理论依据。【方法】通过铁尾矿砂与无机肥、有机肥和土壤的不同配比处理的盆栽试验,研究不同改良方法对尾矿基质理化性质及油松和樟子松幼苗生长的影响。【结果】随无机肥施肥比例增加,铁尾矿土壤密度、田间持水量、毛管持水量、饱和持水量和总孔隙度与100%尾矿砂处理均无明显差异;随着有机肥施用量增加,田间持水量、毛管持水量、饱和持水量及总孔隙度均明显增大,土壤密度呈下降趋势,其中10%猪粪施肥配比与100%尾矿砂处理差异显著(P ＜0.05);随着掺土量增加,铁尾矿土壤密度逐渐降低,而田间持水量、毛管持水量、饱和持水量逐渐升高,掺土比例达到75%时,除了田间持水量,其他指标均与100%尾矿砂处理差异达到显著水平(P ＜0.05),电导率和土壤阳离子交换量、全氮全磷全钾养分含量、碱解氮、速效磷和速效钾含量均随施肥与掺土比例的增加而显著增大;10%猪粪施肥配比处理的全氮、全磷含量最大,分别是100%尾矿砂处理的6.38和3.33倍,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别是100%尾矿砂处理的5.78,12.5和4.32倍;随掺土比例增大,尾矿中全磷含量减小,而掺土后全钾含量显著增高;掺土比例达到25%时,速效养分含量开始明显提升,客土处理达到最大值(78.41,44.43和58.67 mg·kg －1);施5%比例的有机肥和添加无机肥 NH4NO31.76 g、KH2 PO40.88 g的混合处理的速效养分含量与单纯施5%比例猪粪的单因子处理差异不明显;掺土比例25%和添加无机肥 NH4NO31.76g、KH2PO40.88 g混合处理的速效养分含量也和掺土比例25%的单因子处理无显著差异;掺土和施加无机肥会促进油松和樟子松幼苗的生长,施有机肥则会抑制它们的生长,相同处理情况下,油松较樟子松出苗率高、生长情况好。【结论】有机肥对铁尾矿基质的理化性质、全效养分含量和速效养分含量都有显著的改善作用,掺土处理对提高碱解氮、速效钾含量作用明显,但有机肥与无机肥、掺土与无机肥的混合配比对提升速效养分的效果不明显。不同处理对油松和樟子松的生长也会有不同程度的影响,表现为掺土和施加无机肥促进2树种生长,施加有机肥抑制2树种生长;在相同的处理情况下,油松比樟子松的生长要好,更适合作为铁尾矿废弃地修复树种。     

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%。     

加筋膨胀土挡墙蠕变试验研究

通过模拟试验研究了加筋膨胀土挡墙的蠕变特性,考虑了含水量对膨胀土的特殊作用.通过对试验结果进行分析后认为加筋膨胀土挡墙在含水量和温度升高时其蠕变变形会变大;膨胀土的湿胀干缩特性使加筋土中筋材并非一直处于受拉状态,可以减缓筋材的蠕变性质;在较低的极限荷载比例下,膨胀土体中含水量的变化对蠕变起主要作用,在较高的极限荷载比例下,加筋膨胀土的恒载对蠕变起主要作用.     

铁尾矿不同改良措施对苜蓿和紫穗槐生长的影响

以河北省迁安市铁尾矿为基质,通过苜蓿和紫穗槐盆栽试验,研究铁尾矿与无机肥、土壤、有机肥(猪粪)的不同基质配比在短期内对豆科植物苜蓿和紫穗槐生长的影响,旨在为铁尾矿土壤修复和植被恢复提供依据,结果表明:1%猪粪施肥处理下2种植物出苗率较高,分别为72%和52%,掺土处理效果整体好于施肥处理,当掺土25%时,苜蓿、紫穗槐出苗情况已大有改善,出苗率分别为86%、71%;掺土处理对紫穗槐、苜蓿的叶绿素和蛋白含量影响更显著,当掺土25%以上时,二者叶绿素含量显著增加,直至全土处理达到最大值(36.33mg/g、33.79mg/g);苜蓿在掺土量达到25%、紫穗槐在掺土量达到75%时,植物蛋白含量开始明显提升,分别为4.12%、4.52%;紫穗槐的平均株高(28.82cm)、生物量(9.35g)、根冠比(1.31%)等生长指标均高于苜蓿(15.70cm、8.14g、0.55%);掺土处理对2种植物各生长指标作用显著,其中25%掺土处理就开始有明显提升;1%猪粪促进植物生长;5%以上猪粪施用量抑制植物成活及生长;尾矿中添加土壤比补充肥料更有利于苜蓿、紫穗槐生长,但25%掺土和无机肥混合配比也能促进苜蓿和紫穗槐的生长。     

不同部位竹材制备竹活性炭及其对苯酚的吸附性能

利用不同部位的竹材如竹蔸、竹节和竹枝制备竹炭,以KOH为活化剂,在活化温度为700℃和不同质量浓度的KOH溶液下进行活化制备竹活性炭,测定吸附性能最好的竹活性炭在不同吸附时间和溶液质量浓度下对苯酚的吸附情况,并进行结构表征.结果表明:KOH溶液质量浓度为16.0 g·L-1时,制备的竹活性炭对苯酚的吸附效果最好,而竹蔸、竹节和竹枝活性炭中又以竹蔸活性炭吸附性能最好;吸附时间在40min时,竹蔸活性炭对苯酚的吸附趋于平衡,在30℃时竹蔸活性炭苯酚吸附量达到83.4 mg·g-1时趋向饱和.竹枝炭、竹节炭与竹篼炭的孔隙度分别为0.656,0.698和0.740,竹枝活性炭、竹节活性炭与竹篼活性炭的孔隙度分别为0.688,0.748和0.790.竹篼炭和竹篼活性炭比表面积分别为110.4和475.7m2·g-1,孔容分别为0.09和0.26mL·g-1,平均孔径分别为3.16和2.19nm.     

内聚力模型在钢-竹组合梁变形分析中的应用

钢-竹组合结构的界面是由竹胶板和冷弯薄壁型钢通过结构胶粘接形成的,为解决有限元分析中界面处理的问题,采用内聚力单元,以此为基础建立钢-竹组合双搭接试件及工字形梁的有限元模型对其进行数值分析,同时制作3个不同搭接长度作为参数的双搭接试件和5根不同规格的组合梁进行静力加载试验,绘制荷载-位移曲线与模拟结果进行对比。研究结果表明:组合梁界面破坏主要发生在翼缘部分,其变形曲线主要由两部分组成且均呈线性分布,界面损伤后梁的刚度下降明显;两种试件的试验结果与有限元结果均吻合良好,误差均在10%以内;组合梁界面胶层的破坏过程与试验观察到的结果相同;内聚力模型模拟钢-竹界面具有一定的可靠性。     

大头典竹侧枝扦插繁殖试验

采取单因子控制法,分别选择不同植物生长调节剂及浓度、扦插基质、侧枝年龄、扦插季节等因素进行大头典竹侧枝扦插繁殖试验。试验结果表明:大头典竹侧枝扦插繁殖在夏季(7月),选择2年生侧枝作为扦插穗条,穗条基部用ABT1号生根粉600 mg·L~(-1)溶液浸泡5 min,在黄泥土+泥炭土(1∶1)的混合基质中扦插最为适宜,平均生根率达72.11%。     

不同材料沙障对流动沙丘水分含量的影响

为了探明不同材料沙障对流动沙丘土壤含水量的影响,在乌兰布和沙漠刘拐子沙头设置了不同材料沙障,采用土钻取土,烘干法测定了土壤水分含量。结果表明:纱网沙障沙层含水量比对照样地提高1. 80%,粘土沙障沙层含水量比对照提高3. 77%～8. 65%,但粘土沙障严重阻碍降雨入渗过程和入渗深度,导致粘土沙障下存在5～10 cm厚干沙层,而纱网沙障不影响降雨入渗过程,并随土层深度增加,土壤含水量逐渐升高,且4 m×4 m纱网沙障对土壤水分的保持作用尤为明显。     

马尾松与5种乡土树种混交的光合效应研究

以 马 尾 松（Pinus massoniana） 与 乡 土 树 种 黧 蒴（Castanopsis fissa）、 红 锥（Castanopsis hystrix）、枫香（Liquidambar formosana）、荷木（Schima superba）和假苹婆（Sterculia lanceolata）为研 究对象设计混交盆栽试验,研究叶片光合和全株光合特征参数的差异。结果表明：枫香对马尾松、黧蒴 的光合作用有一定的促进作用,各树种的光合能力基本表现为从对照组到单混种组到双混种组依次上升 的变化趋势。双混种组合的实际光合能力相比理论值平均提高 15.62%。马尾松 + 黧蒴 + 枫香组合的光合 作用提升程度最大,是本次试验的最佳组合。     

主要经济竹种的微体快繁及苗木培育技术研究

选择35个经济竹种采用以芽繁芽的方式进行微体快速繁殖试验及苗木培育试验。结果显示,以种子作为外植体组培效果最好,其他依次为幼年竹节芽、小枝芽、大枝芽,成年竹节芽组培效果最差。相同炼苗条件下,毛环刺竹、实心瓜多竹、孝顺竹、黄金碧玉竹、非洲锐药竹、麻竹和大佛肚竹更易存活和发笋。苗木培育试验结果显示,蛭石是较为理想的炼苗基质,腐殖土及"30%锯末+70%红土"均为较好的育苗基质;组培苗移栽后施以N、P、K复合肥作为叶面肥,配以微量元素的追肥,可提高组培苗的成活率。竹子组培苗便于运输且成本低,因此成为生产竹苗的最佳选择。     

主要经济竹种的微体快繁及苗木培育技术研究（英文）

选择35个经济竹种采用以芽繁芽的方式进行微体快速繁殖试验及苗木培育试验。结果显示,以种子作为外植体组培效果最好,其他依次为幼年竹节芽、小枝芽、大枝芽,成年竹节芽组培效果最差。相同炼苗条件下,毛环刺竹、实心瓜多竹、孝顺竹、黄金碧玉竹、非洲锐药竹、麻竹和大佛肚竹更易存活和发笋。苗木培育试验结果显示,蛭石是较为理想的炼苗基质,腐殖土及"30%锯末+70%红土"均为较好的育苗基质;组培苗移栽后施以N、P、K复合肥作为叶面肥,配以微量元素的追肥,可提高组培苗的成活率。竹子组培苗便于运输且成本低,因此成为生产竹苗的最佳选择。     

解淀粉芽孢杆菌和母竹年龄对4种竹类埋节生根的影响

以勃氏甜龙竹、缅甸龙竹、龙竹、油筋竹4种丛生竹的2、3年生茎秆作为试验材料,分别采用不同竹种、年龄、解淀粉芽孢杆菌的浓度为因素和水平,采用L8(4×24)混合水平正交试验设计进行埋节试验.结果表明竹种和解淀粉芽孢杆菌是影响生根的主要因素;试验最佳处理组合为A3B2C2,即用3.2×106CFU/mL的解淀粉芽孢杆菌处理3a生油筋竹,其生根率、生根数量、平均一级侧根长度、一级侧根径粗度分别为85.6％、38.89根·丛-1、19.82cm、1.08mm.方差分析结果表明竹种对生根率、生根量、一级侧根长度和径粗度的影响达极显著水平,同时解淀粉芽孢杆菌对一级侧根长及其径粗具有极显著的影响.     

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。