重组竹工字形梁受弯及受剪性能研究

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为实现“碳中和”的目标,我国开始推广绿色天然的竹木材料替代钢材和混凝土,但是由于优质木材资源匮乏、且成本较高,木材的应用受到了一定的限制。而我国竹材资源丰富,且竹子生长周期短、韧性好、强度高,是一种绿色建筑材料。天然竹材力学性能变异性较大,不宜直接作为主要受力构件。通过冷成型和热成型工艺,可将竹子加工成重组竹,减少了竹材的材料变异性,并提高了其力学性能。目前,由于缺少相应的设计方法和设计规范,重组竹尚未在建筑结构中广泛采用。因此,研究重组竹结构构件的受力性能,对竹材在建筑结构领域的推广应用具有重要意义,也有利于我国实现碳中和的目标。本文以截面连接方式、剪跨比和截面尺寸等作为研究变量,对50根重组竹工字形梁分别开展了受弯和受剪试验,获得了重组竹工字形梁的失效模式和极限承载力等性能参数。主要研究内容和结论如下:(1)开展了重组竹材力学性能试验,获得了重组竹的抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度及相应的弹性模量,为承载力计算和有限元分析提供了依据。进行了重组竹胶连接抗剪试验,评估了胶黏剂的可靠性,试验结果表明环氧树脂结构胶可以用于重组竹板件的连接。(2)对10根不同截面连接方式的重组竹工字形梁开展了三分点加载受弯试验,得到了梁的抗弯承载力和破坏形态,计算了梁的纯弯曲弹性模量和表观弹性模量,分析了试件横截面的应变分布。采用木结构的设计方法计算了重组竹梁的抗弯承载力,结果表明计算值与试验值总体上吻合较好。(3)对40根重组竹工字形梁开展了跨中集中加载受剪试验,研究了截面连接方式、剪跨比和截面尺寸对梁抗剪承载力的影响规律,计算了梁剪跨区的主应变,并将主应变理论值和实测值进行了对比分析。采用木结构的设计方法计算了重组竹梁的抗剪承载力,结果表明计算值与试验值总体上比较接近。(4)通过Abaqus软件建立了重组竹工字形梁的有限元模型,分析了重组竹工字形梁的抗弯和抗剪性能,并采用试验数据验证了有限元模型的合理性。
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