基于材料蠕变影响的重组竹梁蠕变性能研究

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重组竹是一种将竹材重新组织并加以强化成型的高性能竹基复合材料,在建筑工程领域具有广阔的应用前景。但当前对重组竹耐久性能的研究仍有一定欠缺,重组竹作为高分子聚合物,在持久应力作用下,材料应变会随时间的增长而逐渐增加,对重组竹的工程应用造成一定的影响。本文为深入研究重组竹的蠕变性能,进行了一系列工作,主要研究内容及成果如下:(1)针对重组竹材料进行了基本力学性能试验,得到重组竹的顺纹受拉弹性模量、顺纹受压弹性模量,抗拉强度、抗压强度等基本力学参数,建立了重组竹的本构模型。(2)在南京室内环境下,进行了重组竹在不同应力水平下的拉伸和压缩蠕变试验,试验进行了220天,得到重组竹材料在拉伸和压缩受力状态下的蠕变规律。结果表明重组竹蠕变变形曲线可以分为瞬态蠕变阶段和稳态蠕变阶段两个典型阶段。在不同应力水平下,蠕变变形随时间变化的曲线具有几何相似性,蠕变变形大小与拉伸和压缩两种受力状态几乎没有关系。受温、湿度影响,蠕变变形曲线会发生锯齿形波动。Burgers模型和二项Kelvin链模型对试验曲线的拟合效果较好,二项Kelvin链模型对重组竹在设计基准期内的相对蠕变系数的预测较为准确。将重组竹的蠕变性能与胶合竹、旋切板胶合木进行对比,发现在相同的应力水平下,重组竹的蠕变变形明显小于胶合竹,略小于旋切板胶合木。(3)进行了重组竹梁受弯承载力试验,试验结果发现重组竹符合平截面假定,得到了重组竹梁的抗弯强度等力学参数,建立了重组竹梁受弯承载力的计算模型,推导得到重组竹梁受弯承载力的计算公式。(4)在南京室内环境下,进行了两种不同应力水平的重组竹梁蠕变试验,试验进行了220天,得到重组竹梁的蠕变变形-时间曲线。(5)编辑用户子程序,用ABAQUS软件对重组竹足尺构件的蠕变进行有限元数值模拟,分析结果与试验结果基本吻合。在此基础上,分析了构件受力状态(受弯、轴压)、截面尺寸,构件长度,应力水平等对蠕变性能的影响。(6)提出重组竹构件长期变形的计算公式。计算在不同应力比,不同分区下,重组竹梁、柱构件基于恒荷载与雪荷载组合作用的相对蠕变系数。在全国范围内,为重组竹的蠕变变形情况计算提供依据。
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