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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

FRP-钢复合管混凝土轴压短柱试验及应用研究

进行4个不同纤维类型和层数的圆形FRP-钢复合管混凝土短柱和1个对比短柱的轴压试验研究。试验研究结果表明：FRP-钢复合管混凝土的破坏过程基本都从试件中部开始发生FRP断裂，FRP逐渐丧失对钢管的约束力，在FRP断裂后构件保持一定的残余承载力，随着FRP的层数增加，极限荷载随之增加，在相同FRP层数的情况下，CFRP-钢复合管试件和BFRP-钢复合管试件对比，CFRP-钢复合管试件的混凝土峰值荷载较大，后者的延性提高效果明显，同时介绍FRP-钢复合管混凝土桥墩在试点工程中的应用情况。     

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。     

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。     

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。     

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。     

箍筋增强型胶合竹柱抗压试验

竹片经过胶合形成的竹柱构件,克服了竹材形状各异的缺点,使之能够运用到各种建筑和桥梁结构之中,但由于竹片之间黏合的原因,竹柱构件受压破坏时常出现竹片层间劈裂.为改善胶合竹柱的受力性能,笔者提出箍筋增强型胶合竹柱设想,并对其进行了静力试验;结果证明箍筋改善了竹柱的工作性能,提高了竹柱的极限承载能力.     

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。     

冷弯薄壁型钢-稻草板组合墙体抗剪性能研究

为研究冷弯薄壁型钢-纸面稻草板组合墙体力学性能,对4面冷弯薄壁型钢-纸面稻草板组合墙体试件进行了单调水平抗剪性能试验。分析了各试件破坏形态和破坏过程,得到组合墙体的屈服荷载、极限荷载及延性系数、抗侧移刚度等性能指标。研究结果表明:冷弯薄壁型钢与纸面稻草板通过自攻螺钉连接组合方式合理,组合效应良好;组合墙体经历弹性、弹塑性、破坏三个阶段,其主要破坏模式为边立柱底部局压屈曲,部分纸面稻草板在螺钉孔处被撕裂;组合墙体具有较大的抗剪承载力,延性系数和抗侧移刚度等指标表现良好;施加上部竖向荷载使组合墙体抗剪承载力降低,带有斜撑的组合墙体能够显著提高抗剪承载力。该组合墙体抗剪承载力和抗侧移刚度对于实际工程具有参考意义。     

胶合竹植筋节点抗拔性能影响因素

胶合竹家具,如落地衣架和落地灯,存在着主杆节点的强度不足和美观度不佳等问题。植筋连接技术被广泛认为可以显著提升竹木构件节点的抗拔性能,而且由于其内置的特性,不会影响外形美观。尽管胶合竹植筋连接技术在建筑领域的方形梁柱节点中得到了广泛应用,但本研究旨在将这一技术应用于产品领域的胶合竹家具圆杆节点。在改变胶合竹植筋节点的形状后,需要通过试验分析来确定各项合理化设计参数,以提升节点的抗拔性能。选取胶合竹植筋圆杆为研究对象,以植筋边距、胶层厚度、植筋长径比等因素为研究变量。采用拉-拉模式进行抗拔性能试验,记录试件破坏模式和节点极限荷载。在试验过程中,出现胶合竹劈裂破坏、植筋拔出破坏和植筋屈服破坏3种破坏模式。研究结果表明：为防止胶合竹劈裂破坏,胶合竹与植筋直径之比应不小于8;节点极限荷载受胶层厚度影响显著,但胶层厚度不宜过大,当植筋直径为4 mm时,胶层厚度可设置为1.0～1.5 mm;节点极限荷载随着植筋长径比增加而提高,对于直径为4和8 mm的植筋杆,屈服破坏的临界植筋长径比均可取为15。基于试验结果,本研究提出了胶合竹植筋节点极限荷载预测方程,计算值与试验值较为接近。     

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。     

榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响

【目的】针对直榫节点受弯时榫头横纹变形较大、刚度和承载力较弱的问题,将"正交胶合木"概念引入直榫节点中,探讨榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响,并提出合理的直榫节点"预增强"方法和参数为传统榫卯节点在现代木结构工程中的应用提供理论与技术支持。【方法】以花旗松普通层板胶合木为材料,设计制作18个足尺直榫节点试件,其中部分试件榫头不作处理(对照组),其他试件榫头加工成正交层板结构。通过节点抗弯试验分析直榫节点的破坏模式和工作曲线,计算得到节点的抗弯刚度和极限弯矩;提出复杂应力状态下的木材本构关系模型,建立直榫节点有限元模型,对其抗弯性能进行模拟。与试验结果对比并验证模型准确性后,基于模型对局部正交层板结构直榫节点进行参数分析,探讨正交层板厚度、宽度等参数对直榫节点受力性能的影响规律。【结果】对照组直榫节点主要破坏模式为榫头端部顶面和根部底面的局部横纹压缩变形,局部正交层板结构可有效缓解榫头横纹压缩变形。与对照组相比,4组不同局部正交层板结构直榫节点的抗弯刚度平均值提升14.0%～36.9%,而极限弯矩有升有降;数值分析结果与试验结果吻合良好;随正交层板宽度增加,直榫节点的抗弯刚度先升后降,而承载力先降后升;随正交层板厚度增加,直榫节点的抗弯刚度呈上升趋势,而承载力呈下降趋势;对本研究直榫节点,建议正交层板厚度与榫头厚度比值取0.25,宽度取210 mm。【结论】局部正交层板结构可提高直榫节点的抗弯刚度,通过合理选择参数还可提高直榫节点的承载力;采用强度和韧性较好的材料,如重组竹和钢板等替代木材层板,可进一步提高直榫节点的抗弯刚度和承载力。     

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。     

老化和饱水处理对重组竹抗压性能的影响

为探究老化、纤维饱水以及加载方向对重组竹抗压性能及应力-应变关系的影响,对气干、老化和纤维饱水3种状态的9组重组竹试件进行了顺纹、宽度和厚度方向的压缩试验,分析其破坏模式、弹性模量、屈服应力、极限应力和极限应变等力学性能,并在Ramberg-Osgood(R-O)模型中引入状态系数k以反馈重组竹在气干、老化、纤维饱水3种状态下压缩应力-应变关系的差异。结果表明：重组竹顺纹压缩试件包含Y形破坏和对角剪切破坏2种破坏模式,厚度和宽度方向压缩试件均表现为压溃破坏;老化和纤维饱水处理会加剧其破坏。重组竹在不同方向上的压缩力学性能存在明显差异,宽度方向的压缩弹性模量和屈服应力比厚度方向高,而极限应力和极限应变则低于后者;老化和纤维饱水处理会显著降低重组竹的压缩弹性模量、屈服应力和极限应力。改进的R-O模型能准确反映重组竹在不同加载方向、不同状态下的压缩应力-应变关系,可用于后续的重组竹结构数值模拟分析。     

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。