Glubam膠合竹梁試驗研究及工程應(yīng)用.pdf

1、在全球能源不斷減少和世界節(jié)能減排思想的不斷蔓延的國際大環(huán)境下,土木工程領(lǐng)域中的Glubam膠合竹梁從初步的“以竹代木”構(gòu)想逐步發(fā)展成為涉及橋梁、房屋、大型場館等各個方面的新型結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在不發(fā)達國家的農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)里,Glubam膠合竹梁沿用了木結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程,不僅可以用來建造簡易住宅和臨時建筑,還成功應(yīng)用到廠房、學校等公共建筑領(lǐng)域。
　　Glubam膠合竹梁是參照膠合木工業(yè)技術(shù),應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理念和工藝技術(shù)開發(fā)的一種新型承重構(gòu)件。指接技

2、術(shù)的引入使得竹梁的加工不受原材料尺寸的限制,并且使板材的對接更加緊密和牢固。指接膠合竹梁不同于其他形式的竹梁,具有加工簡單、形式多樣、維護簡便等優(yōu)點。在成功將指接膠合竹梁應(yīng)用到現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)單體房屋、竹結(jié)構(gòu)活動房、現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)人行橋梁和車行橋梁之后,常規(guī)的力學性能研究已經(jīng)極大的限制了竹梁應(yīng)用的推廣,膠合竹的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、指接節(jié)點失效模型、橋梁中竹梁的疲勞性能和竹梁彎剪荷載條件下的失效準則都是亟待解決的問題。本文對Glubam膠合竹梁的加工工藝

3、、失效理論研究、基本物理力學性能、力學試驗研究、工程應(yīng)用等方面分別進行了闡述,具體工作如下:
　　1.本文詳細介紹了竹木結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程以及Glubam膠合竹梁的種類劃分、加工工藝和工程應(yīng)用,論述了新型竹材梁的研發(fā)現(xiàn)狀和使用情況。通過兩個典型的工程應(yīng)用實例,展示了現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)橋梁的構(gòu)件加工、結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方法。通過成橋試驗和長期觀測,分析了現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)橋梁的安全性和耐久性,并結(jié)合相關(guān)規(guī)范對結(jié)構(gòu)承載力進行驗算。簡單的成型技術(shù)、可觀的經(jīng)濟性

4、、良好的安全性以及豐富的原材料為Glubam膠合竹梁在橋梁中的推廣和使用奠定了基礎(chǔ),也為改進膠合竹的結(jié)構(gòu)性能研究和開發(fā)更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系提供了參考。
　　2.從失效準則基本理論出發(fā),論述了各向異性材料的經(jīng)典準則公式Tsai-Wu的參數(shù)和適應(yīng)范圍。結(jié)合Glubam膠合竹梁交織狀構(gòu)造和分層結(jié)構(gòu)的特點,推算出Glubam膠合竹梁在平面應(yīng)力狀態(tài)下的一般失效公式,將復雜各向異性材料的三向應(yīng)力問題轉(zhuǎn)化為簡單的平面應(yīng)力問題。通過數(shù)值計算方法推導G

5、lubam膠合竹梁在荷載(M,V)下的截面應(yīng)力公式。對工程使用中四種膠合竹梁的受力情況進行分析,得到各自的極限承載力的計算公式。其中普通膠合竹梁忽略膠合層的不連續(xù)性,采用純材料連續(xù)介質(zhì)計算方法;指接膠合竹梁可將指接層和非指接層分別進行應(yīng)力分析,然后利用力平衡關(guān)系算出中性軸位置,最后得出竹梁承載力。
　　3.參考國內(nèi)外相關(guān)文獻,總結(jié)了有關(guān)膠合竹材的一系列試驗成果,簡單描述了其力學性能方面的特性及物理力學指標,為膠合竹梁的強度和剛度研

6、究提供了基礎(chǔ)的理論依據(jù)。參考木結(jié)構(gòu)物理力學試驗規(guī)范和美國NDS設(shè)計規(guī)范,引用膠合竹抗壓、抗拉、抗彎和抗剪試驗、膠合竹徐變試驗、螺栓連接方式性能試驗以及前人做的竹材干濕度試驗,對膠合竹的整體性能進行闡述和分析,并通過回歸擬合得到任意濕度條件下竹材的彈性模量計算公式。采用Burger模型對膠合竹梁的蠕變性能進行模擬,通過蠕變試驗后的靜力破壞試驗以及回歸擬合,可以得到Glubam膠合竹梁的蠕變變形計算公式。試驗證明荷載的長期作用會在一定程度上

7、降低竹梁的承載能力與非線性階段的剛度。通過考慮含水率、材料變異、徐變、天然缺陷、應(yīng)力集中等參數(shù)影響,對試驗結(jié)果進行修正后得到Glubam膠合竹梁的容許設(shè)計應(yīng)力。
　　4.通過Glubam膠合竹梁靜載試驗,對比不同連接方式、疊合方式、FRP增強措施對竹梁承載力和剛度的影響,并基于幾點基本假設(shè),建立了竹膠合梁強度和撓度等計算公式。引入Glubam膠合竹梁的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果進行對比,可以發(fā)現(xiàn)Glubam膠合竹梁的計算模型能夠很好的

8、估計構(gòu)件的承載能力,為工程應(yīng)用提供可靠的計算依據(jù)。在已建成的現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)車行橋梁同批次產(chǎn)品中,隨機抽取一組膠合竹梁試件進行試驗。將200萬次反復荷載試驗后的試驗組試件與對比組試件的試驗結(jié)果進行對比后發(fā)現(xiàn),膠合竹梁抗疲勞性能良好,能夠滿足橋梁設(shè)計的50年使用期限的基本要求。試驗組試件的疲勞荷載在不超過設(shè)計荷載的條件下,試件剛度無明顯下降。通過靜載破壞試驗的結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)疲勞試驗對試件的極限強度有少許削弱。疲勞試驗對Glubam膠合竹梁的剛度