竹筋增强型冰梁受弯失效机理与承载性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liangweiyu123
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冰雪建筑材料具有当地材料易用、环境友好、可持续发展以及美观效果等独特优势,在寒冷地区具有巨大的应用潜力。但其强度较低和传统的结构施工方法极大地限制了冰雪结构的高度、跨度和形式。在普通冰中加入一定量的增强纤维,形成复合冰材料,可以显著改善冰材料的力学性能。目前一些学者正在对复合冰材料的压缩和拉伸等基本力学性能的研究逐步开展探究,并使得冰材料在冰雪建筑领域得到了初步的应用。一方面,随着大跨度冰壳的发展,建筑造型越来越复杂,结构跨度越来越大,在实际过程中可能需要对冰壳结构进行局部加固。另一方面,随着装配技术的发展,冰结构的装配也有着广阔的前景。冰梁、冰柱、冰板等基础构件可以作为局部加固措施,也是装配发展的基础,因此对构件的研究是十分必要的。鉴于目前对冰梁在受弯作用下的性能研究匮乏,本文以冰梁构件为研究对象,包括纯冰冰梁、复合冰冰梁,竹筋增强型纯冰冰梁以及竹筋增强型复合冰冰梁在内的四种形式的冰梁,通过试验和有限元的方法,探究了冰梁在弯曲作用下的破坏形式、破坏机理和承载力性能等。本文对所采用的竹筋进行了材性试验的设计,在试验设计过程中考虑竹子的特性,对试验中夹头的位置进行了特殊处理以保证试验的精确性。同时探究了试验过程中竹筋在冰梁中的位置的精确放置方法等。设计并完成冰梁四点弯曲的加载试验。探究了在不同温度下,竹筋直径等对纯冰冰梁以及复合冰冰梁破坏形式、破坏机理和承载力性能。并在理论上基于平截面假定的基本原则并结合试验现象,分析了冰梁以及加筋冰梁的承载力性能并给出了初步的计算公式。利用有限元的方法进行了冰梁受弯数值研究。研究了温度、竹筋位置、竹筋直径和根数变化引起的加固系数等参数对加固冰梁承载力的影响。研究结果表明,竹筋的使用不仅提高了冰梁的承载力,也使得其破坏模式发生变化,对竹筋增强型复合冰材料的初步研究为冰雪建筑领域的进一步发展提供了依据与可能性。
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