竹木胶合梁受剪性能试验研究

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绿色环保建材的发展是建筑业发展的必然趋势。竹材和木材相较于传统建筑材料,具有可再生、容易分解、重量比高和施工效率高等优点,均是低碳可再生的材料。木材具有优异的抗弯抗压性能,在我国有着悠久的建筑发展史。竹材具有抗拉强度高、受剪性能强、强重比高、稳定性好且耐磨的优点。我国的木材资源紧缺,而我国的竹产量居世界首位,拥有全世界最广泛的种类、最大的面积以及最雄厚的蓄积量,而目前唯一能代替木材的绿色材料就是竹材。竹木胶合试件不仅可以缓解木材资源紧缺的问题,还可以改善木材受剪性能差、抗拉强度低的问题,充分发挥两种材料的优异性能使之性能互补。当竹材与木材能可靠胶合,竹木胶合试件能够整体协同工作,它能弥补二者的性能缺陷并充分发挥二者的性能优点,其力学性能明显优于单一的竹材或木材,在现代建筑结构的应用前景广阔。本文作者旨在通过对竹木胶合梁的受剪性能试验研究,为竹木胶合梁的设计和工程应用提供借鉴和参考。主要研究内容如下:(1)完成了侧压竹集成材材料及落叶松材料的力学性能试验。(2)完成了五组共14根竹木胶合梁受剪试验,研究了剪跨比和组坯方式分别对竹木胶合梁的破坏过程、破坏机理、变形及受剪承载力等方面的影响。试验结果表明:竹木胶合梁的受剪承载力和变形能力均与试件的组坯方式有关。随着胶合竹层数的增多,受剪承载力有一定程度的提高,胶合竹对于试件有一定程度的加固作用。竹木胶合梁的受剪承载力随着剪跨比λ的增大而减小(λ≤3)。而随着剪跨比λ的增大,试件受弯剪效应概率越大,从而能够发挥其抗弯性能,变形能力能得到一定程度的提高。(3)由于制作工艺和截面特异性等不可控因素,竹木胶合试件有很大几率会发生层板开胶破坏和木结应力集中导致的水平通缝破坏。排除不可控因素,所有试件的荷载-跨中位移曲线在弹性阶段均呈线性关系,并在试件破坏前有明显预兆,整体性能突出,受剪效应良好,能充分发挥两种材料的力学性能。要提高整个试件的力学性能很大程度上取决于受压区木材是否达到抗压强度极限。当试件进入弹塑性阶段时,受压区的木板能充分发挥其抗压性能,受拉区竹材的高抗拉强度决定了试件变形能力的上限。(4)使用ABAQUS有限元软件对5个代表试件的静载试验进行了模拟,并分析应力分布、荷载-挠度关系和应变情况,结果表明荷载-挠度曲线与试验所得的曲线能较好地吻合。(5)在构件的跨中截面应变沿截面高度分布符合平截面假定的前提下,结合竹材和木材的应力应变本构模型,计算了竹木胶合梁受弯承载力,推导出了竹木胶合梁发生界限破坏时受拉区竹材截面配比高度最优值,并建立了竹木胶合矩形梁的受剪承载力计算公式,为其工程应用提供理论依据。
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