竹集成材握钉性能试验研究

为研究单调加载下的竹集成材(LBL)握钉性能,对260个LBL钉节点试件进行拔出试验,以钉种类、钉直径、有效锚固长度以及作用力方向与LBL顺纹方向的夹角为参数,研究其破坏模式和握钉性能。结果表明:破坏模式与钉种有关,与钉直径、锚固长度和角度无关,光圆钉试件无可见破坏,而螺钉和麻花钉试件的破坏模式主要表现为钉杆环向的竹纤维发生剪切破坏,LBL内部竹纤维被环向肋纹切断并拉出试件表面。极限抗拔承载力随钉直径和有效锚固长度的增大而增加,顺纹向的承载力略低于横纹向。对于相同直径的钉而言,顺纹向螺钉和麻花钉的极限承载力分别为光圆钉的2.6倍和1.3倍,而横纹向的螺钉和麻花钉的抗拔承载力分别为光圆钉的2.3倍和1.2倍。LBL握钉力理论计算值和试验值吻合良好,误差不超过13%。

天然不含节竹管在轴向压缩冲击载荷下冲击响应与吸能特性的数值分析

天然不含节竹管在工程中应用较广,研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向纤维复合材料失效准则,结合应变率效应对强度的修正建立竹管本构模型,对冲击载荷下的天然不含节竹管进行模拟,得到的动态应力-应变曲线和破坏模式与SHPB实验接近,验证有限元模型的准确性。结果表明:实验与模拟的极限抗压强度误差最小为2.19%、最大为8.68%;在不同的冲击压缩载荷下,竹管出现端面压溃、沿轴向劈裂等破坏形式;竹管外壁节点处的位移、速度和加速度响应均随冲击载荷的增加而增加;随冲击载荷升高,入射能、反射能、吸收能和比吸能随时间均呈上升趋势,透射能随时间变化不大;不含节竹管的峰值载荷远低于薄壁圆管GFRP (glass fiber reinforcement plastic),但比吸能较为接近,说明不含节竹管并不适用于需承受大冲击能量的高速冲击防护领域。初步结果可为竹管用于工程结构防护给予理论参考。

冷压成型工艺及取材部位对结构用重组竹力学性能的影响

为了对比“热压”和“冷压-热固化”两种工艺重组竹的材料强度等级,并探明“冷压-热固化”制备工艺对重组竹方材表、芯层材力学性能的影响,以及为丰富方材二次加工切割板材的应用场景和提高力学性能稳定性提供试验分析基础,设计并开展了两种工艺重组竹的力学性能试验。试验采用了抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗拉强度、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度、横纹全部抗压比例极限、横纹局部抗压比例极限等7个指标,420个试件。结果表明:热压成型重组竹除抗弯弹性模量和顺纹抗拉强度相对较低外,其他力学性能均明显优于冷压-热固化工艺制备的重组竹,且两种工艺制备成型的重组竹的强度等级均达到10E-90f;冷压成型-热固化重组竹表、芯层材试件的顺纹抗拉、抗压强度和横纹比例极限应力具有极显著性差异,下表层顺纹抗压强度和横纹抗压比例极限应力低于芯层和上表层,而其顺纹抗拉强度高于后两者;冷压成型-热固化工艺重组竹的横纹全部抗压比例极限应力在厚度方向上变异最大,变异系数为20.9%,顺纹抗拉强度变异系数为10.61%。冷压重组竹方材力学性能在厚度方向上较大的变异性由板坯胶黏剂分布不均、固化分层和受热不均导致。

竹集成材钉节点抗剪性能试验研究

为研究铁钉直径和夹角对节点的破坏模式及承载力、滞回特性、刚度退化、耗能能力等性能的影响,对50个竹集成材(Laminated Bamboo Lumber,LBL)钉节点进行单调和低周反复荷载试验.结果表明:不同加载模式下的节点破坏模式存在明显区别.单调荷载作用下,节点的破坏模式主要表现为铁钉“双铰”模式和钉杆下部的纤维压碎破坏.而在低周反复荷载作用下大部分的铁钉发生了由于反复弯曲变形所致的疲劳断裂破坏,这种破坏现象却极少发生在振动台试验和实际的地震中.铁钉直径是影响钉节点受力性能的主要因素,节点的承载能力和刚度随铁钉直径的增加而显著提高,而夹角对节点的力学性能影响较小.LBL钉节点单调加载试件的承载力和刚度均比低周反复荷载加载试件高.加载初期试件的荷载-位移滞回曲线形状不饱满,具有明显的“捏缩”现象.试件的累积耗能随铁钉直径增大而增加,并随加载角度增大而减小.研究成果可为LBL钉节点的设计提供理论依据,并加速其在土木工程领域的应用.

竹集成材-定向刨花板钉连接力学性能

竹木组合剪力墙是一种以竹集成材(laminated bamboo lumber, LBL)为墙骨柱、定向刨花板(oriented strand board, OSB)为覆面板,两者通过铁钉连接而成的抗侧力构件。风荷载和地震作用下竹木剪力墙的破坏往往始于LBL与OSB间的钉节点失效。以钉直径d、OSB钉边距a、LBL钉边距b和加载方向为参数,制作并测试了6组共150个LBL-OSB钉节点试件,研究其破坏模式、承载力和变形性能。结果表明:破坏模式与OSB钉边距和LBL钉边距密切相关,主要表现为OSB面板边缘撕裂破坏、钉子“单铰”弯曲破坏、钉子穿透面板和LBL端部剪切破坏。当OSB钉边距或LBL钉边距不满足构造要求时,试件容易发生过早的脆性破坏。OSB和LBL的钉边距最小值为15 mm。极限荷载随着钉直径的增大而增大,横纹试件的承载能力略低于顺纹试件。试件的荷载-位移曲线可大致划分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段,Folz提出的本构模型可以很好地模拟LBL-OSB钉节点的荷载-滑移本构关系。研究成果可为竹木结构剪力墙的设计和有限元分析提供参考。

四川省工程建设地方标准《工程竹结构设计标准》顺利通过专家审查

4月15日,四川省住房和城乡建设厅在成都组织结构、建筑、施工、消防、木竹材料等方面相关专家组成的审查专家组,对中国建筑西南设计研究院有限公司主编的四川省工程建设地方标准《工程竹结构设计标准》(以下简称《标准》)送审稿进行了审查。审查专家组听取了编制组对编制情况的介绍,对《标准》内容进行了逐条审查,一致同意通过审查。

毛竹杆纯弯构件受力性能试验研究

为研究毛竹杆的受弯性能,先对取自10根毛竹的40组竹条标准材性件进行抗弯试验,得到其破坏模式和抗弯强度;再对直径为90、120 mm,跨距为3000、3600 mm的24根毛竹杆进行弯曲试验,研究其荷载—位移曲线、初始抗弯刚度、极限承载力、挠度、破坏模式等相关力学性能;理论推导毛竹梁破坏受压区高度及受拉区边缘应力。结果表明:毛竹梁跨距变化对挠度的影响大于直径变化对挠度的影响,毛竹梁直径越大、跨距越小,初始抗弯刚度越大;根据试验数据,按弹性理论计算出毛竹杆受弯破坏时的受压区高度在3R/2处,在小挠度条件下,毛竹梁受弯符合平截面假定,大挠度条件下,截面受压区高度上移,计算出的破坏边缘拉应力与平截面假定计算的结果不一致,建议毛竹梁受弯破坏弯矩按上边缘顺纹抗压强度达到最大进行计算。

侧压竹集成材柱轴心受压试验研究

竹集成材是一种将竹片用胶黏剂胶合后压制而成的型材,侧压竹集成材具有良好的受力性能。为了探究侧压竹集成材柱的轴心受压性能,对6组18个不同长细比的试件进行轴心受压试验,分析其承载力、应变、侧向位移、轴向位移与长细比之间的关系,并探讨不同长细比试件的破坏形式。结果表明:侧压竹集成材柱的受力过程经历了弹性、弹塑性和破坏阶段,随着长细比的增大,从材料强度破坏向失稳破坏转变,材料破坏具有明显的延性性质。将试验结果与现行规范的计算结果进行比较分析,提出了侧压竹集成材柱的轴心受压承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。

大学生结构设计竞赛受压空心长杆屈曲试验研究

为探讨大学生结构设计竞赛常用竹皮制作的不同箱型空心长杆的轴压屈曲稳定性能,由不同队员采用竹皮制作了不同长度和截面形式的空心受压箱型长杆,测试了杆件的质量和极限承载力。试验结果表明:随杆件长度增加,受压长杆承载力和荷质比降低,双层竹皮长杆的荷质比可达140 N/g;现有竹材受压长柱计算公式能较为准确地计算其极限承载力;为提高竞赛成绩,应选择单层或双层竹皮制作的受压空心短柱作为结构设计模型杆件,但不同队员手工制作水平导致承载力差异较大,应着重处理角点等容易损坏的位置。

三重木塔桁架结构竞赛模型设计制作与加载分析

主要对参加全国大学生结构设计竞赛江苏省分区赛的参赛作品进行结构选型、结构设计、模型制作和结构加载等方面的赛后总结,剖析结构模型的设计选型过程,总结参赛经验。结构设计竞赛在提高学生创新意识、团队合作和工程实践能力方面发挥着积极的作用,越来越受到学生和高校的青睐。结合该次竞赛作品三重木塔桁架结构的设计、制作与加载分析,为今后师生进行结构设计创新提供思路和借鉴。

竹胶板钉帽拉穿性能的参数化分析

竹胶板力学性能优良,可应用于建筑的结构构件中,但竹胶板与普通钉子结合难以发挥竹胶板强度高和韧性好的特点,而自攻螺钉由于其优异的抗拔锚固能力和刚度常用于竹木结构的加固连接,两者组合使用于建筑结构中具有较大潜力。钉帽拉穿是竹胶板自攻螺钉连接的一种典型破坏形式,钉帽拉穿性能值得深入研究。以竹胶板厚度、自攻螺钉直径以及自攻螺钉类型为参数对90块竹胶板试件进行单调加载试验,分析其破坏模式、钉帽拉穿承载力及强度等。结果表明:试件的破坏模式为钉帽拉穿破坏;钉帽拉穿承载力与自攻螺钉直径呈正相关,但承载力增幅与直径呈负相关,当径厚比大于1/2时,承载力增幅不明显;钉帽拉穿承载力与竹胶板厚度呈正相关,且竹胶板越厚承载力提高的程度越明显,当径厚比小于1/2时,承载力增幅显著提高,达33.6%。3种自攻螺钉的钉帽拉穿承载力从大到小依次是半螺纹沉头自攻螺钉、全螺纹沉头自攻螺钉、全螺纹圆柱头自攻螺钉;钉帽在预钻孔试件中对承载力起主要影响作用。

足尺毛竹梁长期蠕变性能研究

为研究足尺毛竹梁的长期蠕变性能,分析了已有的试验数据,进一步探究毛竹梁在长期荷载作用下的蠕变规律。从微观层次分析了竹材蠕变性能随环境湿度、温度变化而改变的机理;以强度储备、蠕变速率以及相对挠度作为控制指标,评估了毛竹梁的蠕变性能;对毛竹梁蠕变模型开展了适用性研究,并基于蠕变模型的挠度预测给出了毛竹梁的建议应力比。结果表明:环境中湿度和温度的变化会引起竹材的物理性质发生变化,从而改变竹材的蠕变性能;应力比较小的毛竹梁蠕变性能总体上符合工程使用要求;将Burger模型中表征黏性变形的线性函数改进为幂函数,改进的Burger模型结合了Burger模型和幂律模型的特点,能更好地模拟毛竹梁的蠕变性能。最后,基于蠕变模型的长期变形预测值,建议了毛竹梁应力比不应大于0.50,以防止原竹建筑在50年的设计基准期内产生过大的蠕变变形。

大跨度木桁架屋盖考虑屋面板刚度的简化设计方法

随着社会发展,一些大跨度木结构由于某些特殊要求,无法设置水平支撑等措施保障其整体稳定性。基于二维分析方法设计的木桁架,屋面板一般只作为荷载施加至结构上。由于屋面板覆盖的轻型搁栅及定向刨花板,其平面内刚度类似于轻木结构剪力墙,通过相关规范和受力分析,根据轻型搁栅及定向刨花板的几何尺寸和构造措施简化了其刚度,并考虑了它对结构的有利作用。然后通过SAP2000进行有限元模拟,发现考虑屋面板刚度后,最不利位置处的位移减小了83%,简化后位移误差最大为23%,但此误差对设计有利并且其层间位移角仍满足规范要求。刚度简化方法建模相对简单,对屋面板刚度直接用弹簧刚度的方式进行量化,可为设计提供便利并为类似工程项目提供借鉴思路。

国外传统竹建筑主要形式与应用

竹材具有生长快速、可再生、强重比高的优势,是热带及亚热带国家及地区重要的传统建筑材料。竹建筑有着悠久的历史和丰富多样的形式,不仅满足人们的居住、生产、娱乐等多种需求,而且体现了人们对自然和社会的认知和尊重。文章分析了国外主要竹产区亚洲、美洲和非洲地区传统竹建筑的主要形式,总结了竹建筑构件的连接方式、防腐处理等基本建造技术特征,以及竹建筑与当地文化的适应性,为从传统、人文角度挖掘竹材作为绿色建筑材料的潜在价值、发展现代建筑提供新思路。

竹资源高效利用新途径——竹基三角形结构件

研究探索了利用竹资源批量生产竹基三角形结构件,经连接与固定后,营建各种空间结构类型的新方法;研究开发出布纤维基混凝土新技术,为竹木结构的固定和防虫、防腐、防水防潮及阻燃加固处理提供新思路。竹基三角形结构件及其相关技术能整合多种结构材料的性能优势,产品性价比高,结构自身质量轻,其生产成本通常不到同类产品的1/10,市场竞争优势突出,可广泛应用于园林、环保、森林康养和生态工程等多个领域,市场容量大。研究成果可为竹资源高效利用提供新途径。

中国传统竹建筑主要形式及其影响因素

中国竹资源丰富,分布广泛,竹建筑历史源远流长。中国竹建筑多分布于少数民族聚居区,历史上由于地域封闭,各地区对竹材利用形式各有不同,从而形成了形式多样的竹建筑风格。中国传统竹建筑可分为竹楼、长房、船型屋等3大类型。文章分析了不同类型竹建筑分布区的地理环境、气候特征、民俗习惯等,探究了这些因素对竹建筑形式的影响,可为推动中国传统竹建筑的现代应用以及传统文化的传承与发展提供参考。

我国现代木结构防护措施在工程中的应用现状

木材作为生物质材料以其固碳、节能的特点在建筑工程领域具有明显的发展优势。但木结构建筑的耐久性成为其发展的重要制约因素。对木结构耐久性的影响因素进行总结,并结合我国木结构防护的相关规范和标准对现代木结构的防护措施进行概述,提出我国现代木结构防护工程中存在的问题,为木结构建筑质量控制的进一步研究提供参考依据。

竹建筑的可持续利用与现代结构创新研究

文章通过对竹建筑的研究与发展现状进行描述,说明了建筑材料的利用与升级在竹建筑的可持续利用中的重要作用。通过对早期和现代竹建筑的可持续利用的实践进行分析,发现了多种筑墙技术对竹建筑可持续利用的积极作用。现代竹建筑的结构与设计创新使人们更好的了解竹建筑在文化传承与绿色环保中的设计风格,为我国建筑行业的可持续利用与结构创新提供思考。

竹皮及竹皮杆件的力学性能研究

结构设计竞赛是培养土木工程专业大学生创新意识、创新能力和动手实践能力的一项重大科技竞赛活动,对土木工程专业卓越工程师的培养发挥着重要作用[1]。大学生结构设计大赛等其他竞赛及一些科研创新活动都采用竹皮竹材料进行模型制作,如何用最少的材料加工出最大承载力的构件是竞赛及科创活动的重要指标。由于购买的竹皮竹材料本身参数非常有限,加工成构件后的性能更是差异很大,因此,总共加工了400余根竹皮构件,设置不同长细比、宽厚比以及隔片等,采用艾德堡HLD数显推拉力计对试件的抗压强度进行测试,用以研究隔片、长细比以及宽厚比对试件屈曲应力的影响。研究表明,隔片具有一定提高试件屈曲应力的能力,长细比增大时屈曲应力减小,宽厚比增大时屈曲应力减小。研究成果对于竹皮加工构件及模型制作具有一定指导作用。

预制装配式圆竹结构房屋的试验与应用

选用我国丰富的毛竹作为结构材料,对圆竹的主要物理力学指标进行了试验与分析.研究结果表明,圆竹的基本力学指标高于TC13级针叶木材,可以作为结构材料使用.设计了几种圆竹构件和结构的金属连接件,基本实现了圆竹构件加工的标准化和施工的预制化.设计了基于墙板模数的圆竹墙体单元,并对2片墙体进行了抗侧力试验,圆竹墙体的抗侧力性能与U型连接件密切相关,抗侧向能力约为同类型轻型木结构墙体的65%.进行了3个圆竹屋架的静载试验,结果表明屋架的极限承载力由变形控制,平均值为12.3kN.根据试验结果和木结构设计规范,设计和建造了一个约50m2的预制装配式圆竹房屋示范建筑,验证了该技术的可行性和适用性.示范建筑已使用3年多,目前状况良好.