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%。     

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。     

碳纤维增强重组竹梁的极限挠度计算方法

重组竹力学性能优于木材,非常适用于装配式梁柱结构。重组竹抗压强度高于普通混凝土材料,受压应力-应变关系非线性特征明显,但其弹性模量仅为混凝土弹性模量的1/2左右。采用碳纤维(CFRP)增强重组竹梁可充分利用重组竹的抗压性能,提高梁的承载能力,但其非线性变形更加显著。考虑重组竹的受压非线性本构关系,提出计算梁极限挠度的弹性理论修正计算方法。该方法将梁简化为带塑性铰的杆件,假设非线性变形仅发生在塑性铰区域,杆件其余部分始终处于弹性工作状态,将梁的变形分为弹性变形与塑性变形。通过截面应变分析,得到塑性变形的计算公式,进而得到CFRP增强重组竹梁的非线性变形计算公式。CFRP增强重组竹梁的四点弯曲试验表明,所提出的计算方法具有足够的精度。     

预载作用下碳纤维布加固木梁抗弯性能试验

通过7组矩形木梁抗弯试验,探讨了不同预载程度和碳纤维布层数对加固效果的影响,研究了木梁的破坏特征、荷载-挠度关系、应变分布和极限承载力。试验结果表明,采用碳纤维布提高木梁抗弯承载力的方法是有效的,粘贴1层碳纤维布的木梁极限承载力提高6.2%～12.1%,粘贴2层的效果更加明显,同时我们发现预载程度对木梁极限承载力的影响不容忽视。     

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。     

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。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的力学性能试验

针对损伤严重钢筋混凝土梁进行环氧树脂修复与碳纤维布加固,加固之后进行力学性能试验,试验结果表明,三根损伤严重破坏的钢筋混凝土梁加固修复处理后,梁的荷载挠度曲线及荷载应力曲线呈现线性,极限承载能力提高达50%左右,结构延性略有下降,结构破坏形态类似受弯构件正截面破坏。试验证明,采用的碳纤维布加固和环氧树脂修复已破坏的钢筋混凝土构件的方法是行之有效的,可为实际工程加固设计提供理论和实际参考。     

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。     

胶合木T梁负弯曲性能试验研究

【目的】探讨胶合木T梁的负弯曲性能,观察极限状态下构件的破坏形式,解析极限状态下构件的破坏机理,推导极限承载能力计算模型,以期为工程实际应用提供理论参考依据。【方法】采用跨中荷载试验与理论计算对比方式进行研究,实测分析了两组试件的应变、挠度、抗弯刚度、极限承载力及延性结果,观察分析了胶合木梁的破坏形态与破坏机理,基于Rammer剪切强度公式将弯剪强度理论值和试验值进行了对比。用兴安落叶松作为原材料,以剪跨比、跨高比为参数,设计制作2组即A组3根(高跨比1/12,剪跨比5.2)、B组3根(高跨比1/14,剪跨比6.1),共计6根平行胶合木T梁试件。将T梁反转成倒T梁,在两端简支条件下跨中加载产生正弯矩,使肋板受压、翼板受拉,模拟连续T梁跨中支承截面的受力性能。【结果】1)两组构件整体工作性能良好,受弯时极限破坏形态均为中部顺纹剪切破坏。2)两组构件相比,B组较于A组试件,屈服荷载降低9.7%,跨中屈服位移提高27.5%,极限抗弯承载力降低10.4%,跨中极限位移提高42.7%,抗弯刚度降低36%,延性系数提高22.4%。3)两组构件的荷载应变曲线在达到屈服点之前呈比例关系,满足平截面假定。4)受剪力滞效应影响,两组构件的跨中截面翼缘板正应力横向分布不均匀,呈现随距离肋板中心位置越远而越小的关系,最大差值比率达30%。5)构建了弯剪承载力计算模型,理论值与试验值最大相差3.1%,匹配度较高。【结论】总结了胶合木连续T梁在跨中支承截面的受力变形规律,揭示了其破坏机理,构建了极限弯剪承载力计算模型,经验证,具有一定的可靠性。     

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。     

薄壁型钢—竹胶板组合楼板抗弯性能研究

为了推进建筑楼板的轻型化,提出在两张竹胶板之间粘结两根薄壁C型钢,并用竹板条封边形成一种新型钢竹组合楼板,并进行3种组合楼板的试验研究及理论分析。①钢竹界面仅用粘合剂粘结的单纯胶结型;②钢竹界面用粘合剂粘结并钉入紧固件的复合胶结型;③钢竹界面采取粘合剂与紧固件并用,且在型钢两侧粘贴竹板条的型钢强化型。试验结果表明：螺钉紧固件有效地抑制界面连续的大面积脱胶,钢竹组合效应有所改善;型钢强化型组合板整体工作性能优良,能够提供较高的刚度和很高的承载力;新型组合楼板的力学性能可以满足作为建筑楼板的需要。根据组合楼板在正常使用阶段是理想的整体弹性变形试验结果,提出组合楼板抗弯刚度的计算方法;根据破坏阶段型钢的应力状态提出组合楼板极限抗弯承载力极限计算方法,据此计算的组合楼板跨中挠度及受弯承载力的计算值与试验值吻合较好。     

重组竹工字梁抗弯特性研究及模拟分析

开展了6根腹板与翼缘板之间采用异氰酸酯胶黏剂胶接和螺栓连接的重组竹工字梁抗弯试验研究,考察重组竹工字梁抗弯承载力特性和破坏模式。试验表明:重组竹工字梁的破坏模式为腹板受拉区撕裂破坏;随着荷载的增加,截面各部位应变发展迅速,尤其是腹板边缘处应变发展最快,首先进入塑性变形并发生撕裂破坏;继续加载,该裂纹发生纵向延伸,逐渐形成通缝,并且螺栓连接处出现撕裂。此时,试件两端上、下翼缘变形明显小于腹板边缘处,翼缘和腹板之间变形极其不协调,上翼板下端与腹板上边缘发生脱胶现象,说明腹板和翼缘连接处的剪应力传递效果不佳,影响了构件的刚度和承载力。重组竹工字梁破坏时挠度较大,工字梁的受力变形明显,6根试验工字梁的延性系数为6.0~9.0,说明重组竹工字梁的延性较好,并且工字梁的设计控制因素是变形而不是承载力。进行重组竹工字梁抗弯特性的非线性有限元模拟,分析得到的工字梁荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,工字梁的变形及应力分布特征均与试验相一致。     

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。     

胶合木T梁弯曲承载力试验研究

为了增强结构整体性与耐久性,节省材料,降低造价,提出一种理论上适合工程应用的正交胶合木T梁这一新的构件形式。采用兴安落叶松板材和结构胶,制作了正交T梁、平行T梁(高跨比1/7.6)及矩形梁(高跨比1/9.2)共3组试件,进行静力弯曲承载力试验,对比分析各类构件的应变、挠度及极限承载力。结果表明:1)3类梁受弯时均为中部顺纹剪切破坏,正交T梁的抗弯承载力比矩形梁提高了33%,比平行T梁低30%;2)基于刚度等效原则,提出了将正交T梁等效为平行T梁,然后采用Rammer抗剪强度公式来计算其弯曲剪切强度的策略;3)分析表明所提出的策略合理、可靠,扩展了Rammer公式的适用范围。研究成果可为工程应用提供理论依据。     

交错层积竹板抗弯承载力计算方法

为研究并验证交错层积竹（CLB）板的抗弯承载力的计算方法,采用正交胶合木构件的抗弯承载力计算方法,计算了交错层积竹板的最大破坏拉应力,并与基于2组CLB板四点弯曲试验所得的试验结果进行对比。结果表明,采用《木结构设计规范》、机械连接梁理论和复合理论计算的交错层积竹板的最大破坏拉应力与试验所得结果的差异均在10%以内,其中基于《木结构设计规范》和复合理论的计算方法计算出的交错层积竹板的最大破坏拉应力与试验所得结果的差异在5%以内,可以用作CLB板抗弯承载力的计算方法。     

浅谈粘贴法结构加固技术

文章介绍了粘钢、粘碳纤维复合材料(CFRP)、粘玻璃钢结构加固的适用范围、现行标准、材料要求、设计计算理论、施工要点及质量检查,并对几种粘贴法结构加固技术的优缺点进行分析比较,为推广应用提供参考。     

竹质工程材料的力学性能试验研究

重组竹与竹集成材是两种应用较为广泛的竹质工程材料,对其力学性能的研究有助于扩展其在工程上的应用。本研究对重组竹和竹集成材进行了抗弯和抗压力学性能试验,分别得到了它们的抗弯弹性模量、抗弯强度、抗压弹性模量和抗压强度,并分析了两种竹质工程材料的不同破坏情况。试验结果表明:重组竹的抗弯和抗压力学性能要优于竹集成材;重组竹抗弯破坏表现为脆性破坏,竹集成材则表现出一定的延性特性;竹材的力学性能与其本身材料性能和胶合面的力学性能有关。     

纤维布增强重组竹材的力学性能与耐水性能

以重组竹板材为基材,表面分别以碳纤维布和玻璃纤维布为增强体,环氧树脂为胶黏剂,热压成型制备增强型重组竹复合材料,探讨纤维布增强对复合材料耐水性能和力学性能的影响。结果表明,与纤维布复合后的重组竹,力学强度及尺寸稳定性大幅提高;双面纤维布比单面纤维布增强的提高幅度大;碳纤维布比玻璃纤维布增强的效果显著。利用纤维布增强重组竹,有利于拓展重组竹在建筑领域的应用。     

《木结构试验方法标准》中U型挠度架的设计与应用

GB/T50329-2002《木结构试验方法标准》,对木结构梁的抗弯试验及剪切模量测试用U型挠度架装置,仅提出刚度要求,未涉及材料、构造等内容.笔者针对胶合木梁的抗弯性能测试,设计两种尺寸的U型挠度架,并将其应用于木梁抗弯性能测试.根据试验结果,阐述挠度架的材料选择、结构设计以及应用要点.     

锈蚀诱导处理下竹钉和钢钉的抗剪性能

以钢钉、普通竹钉和压缩竹钉连接SPF(云杉-松木-冷杉类)规格材试件,用质量分数为5%的盐水对试件作锈蚀诱导处理,进行短梁剪切和抗剪试验,探讨锈蚀诱导处理对钉抗剪性能的影响。结果表明,竹钉和木材连接部位呈犬牙交错状,能有效约束木构件,维持其抗剪性能;锈蚀诱导处理对钉连接的水平剪切承载力和极限抗弯承载力的影响不显著,不同钉连接的水平剪切承载力和极限抗弯承载力无显著差异,水平剪切承载力范围为6.08~6.90 k N,极限抗弯承载力范围为6.19~7.01 k N;锈蚀诱导处理使钢钉剪切破坏提前,而对竹钉的极限荷载影响并不显著;锈蚀诱导处理使普通竹钉的极限荷载对应位移显著增大,而对钢钉和压缩竹钉影响不显著。