原竹集束轴心受压构件稳定承载力试验研究

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自1992年以来,中国一直坚持和发展绿色建筑,并且随着“碳达峰”及“碳中和”目标的提出,建筑行业对低碳环保、可持续、“绿色”的建筑材料的要求越来越高,对符合绿色建筑要求的材料的也需求越来越多。原竹有着良好的力学性能,是天然的绿色建筑材料。由于存在技术性难题,竹结构目前在一些小型项目中应用较多,在大中型项目中的应用较少。为早日实现“双碳”的目标,应该大力发展和推广竹结构。本文以原竹为研究对象,结合试验研究和数值模拟,较为系统地研究了原竹集束轴心受压构件稳定承载力,提出了计算原竹集束轴心受压构件稳定承载力的建议方法。本文的主要研究内容及结论如下:(1)开展了200余个原竹材性试样的试验研究,测试了原竹材料的顺纹抗压强度、顺纹抗压弹性模量、横纹抗压强度、顺纹抗拉强度及顺纹抗拉弹性模量等力学性能。研究结果表明:原竹材料沿顺纹方向的力学性能较好,抗压性能和抗拉性能之间具有较大的差异;比较原竹与重组竹、胶合竹材料性能的差异可以发现,将原竹材料加工成重组竹或胶合竹后,材料的力学性能将发生改变。(2)对8种类型共计26根原竹集束轴心受压构件开展了稳定承载力试验研究,研究了原竹集束轴心受压构件在不同长度、不同截面组成、不同螺杆间距及带有截断情况下的破坏模式和稳定承载力。研究结果表明,构件长度和截面组成对原竹集束轴心受压构件稳定承载力的影响较大,在试验设置的螺杆间距范围内,螺杆间距的变化对承载力的影响较小。(3)利用有限元软件ABAQUS对原竹集束轴心受压构件稳定承载力试验进行了数值模拟,通过比较试验结果与有限元结果,验证了有限元模型的准确性和可靠性,并通过有限元模型分析了初始缺陷对承载力以及变形刚度的影响。研究结果表明,采用本文的有限元分析方法能够较好的模拟原竹集束轴心受压构件稳定承载力试验;参数分析结果表明,初始缺陷值越大,原竹集束构件的稳定承载力和变形刚度越小。(4)根据试验结果和有限元结果,考虑局部屈曲破坏的因素,提出了可用于计算原竹集束轴心受压构件稳定承载力的建议方法,与试验结果对比分析表明,本文提出的方法能更准确地得到原竹集束轴心受压构件的稳定承载力。
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