重組竹物理力學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)研究.pdf

1、重組竹是將竹材疏解成通長(zhǎng)、相互交聯(lián)并保持纖維原有排列方式的疏松網(wǎng)狀纖維束，經(jīng)干燥、施膠、組坯成型后熱壓而成的板狀或其他形式的材料。重組竹強(qiáng)度高且原材料來(lái)源豐富，在建筑結(jié)構(gòu)中有較好的推廣應(yīng)用前景。雖然高強(qiáng)度重組竹已經(jīng)在示范建筑中得到應(yīng)用，但是由于其材料性能、力學(xué)性質(zhì)影響因素以及特征值、設(shè)計(jì)值未知，因此在建筑中的推廣受到限制，研究重組竹強(qiáng)度性質(zhì)，對(duì)于重組竹材結(jié)構(gòu)利用，以及在木結(jié)構(gòu)中的推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文采用工廠生產(chǎn)、竹

2、纖維束經(jīng)過(guò)碳化處理的成品重組竹，對(duì)其氣干密度、全干密度、抗拉強(qiáng)度(UTS)、抗拉彈模、順紋壓縮強(qiáng)度(UCS)、橫紋局部壓縮強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度(MOR)、抗彎彈模(MOE)和剪切強(qiáng)度(SS)性質(zhì)進(jìn)行研究，探討重組竹力學(xué)性質(zhì)的影響因素，確定其力學(xué)性質(zhì)特征值的取樣方法和計(jì)算方法。具體結(jié)論如下:
　　1.采用非參數(shù)法選取各力學(xué)性質(zhì)的49個(gè)百分位值，通過(guò)線性模型和非線性模型（冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)）的擬合，建立了重組竹不同力學(xué)性質(zhì)間關(guān)系式，得到關(guān)系模

3、型擬合優(yōu)度，并對(duì)模型精度進(jìn)行檢驗(yàn)。
　　2.重組竹力學(xué)性質(zhì)影響因素分析研究:
　　(1)含水率對(duì)重組竹力學(xué)強(qiáng)度影響較大。力學(xué)強(qiáng)度隨含水率的增加而降低，降幅明顯，呈直線下降，對(duì)彈性模量影響不大。
　　(2)重組竹密度與力學(xué)性質(zhì)間關(guān)系擬合較好，冪函數(shù)與一元線性函數(shù)擬合精度均較高，推薦使用一元線性函數(shù)對(duì)密度和力學(xué)性質(zhì)間關(guān)系進(jìn)行擬合。光學(xué)顯微鏡圖片顯示膠黏劑含量是影響重組竹密度的重要因素，竹材細(xì)胞壁撕裂程度影響膠黏劑滲入量。<

4、br>　　(3)紋理角度影響重組竹力學(xué)性質(zhì)。重組竹力學(xué)強(qiáng)度隨紋理角度的增加而降低，斜紋理承壓試樣破壞模式分0°-10°順紋褶皺破壞，20°-50°剪切破壞，60°-90°橫紋受壓破壞。斜紋理力學(xué)性質(zhì)預(yù)測(cè)模型中，GB50005預(yù)測(cè)值高于實(shí)測(cè)值，Norris公式低于預(yù)測(cè)值，Hankinson公式預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值接近，不推薦使用GB50005對(duì)重組竹力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。最大應(yīng)力理論解釋了破壞模式的劃分，0°-10°破壞由材料縱向壓縮強(qiáng)度決定，20

5、°-50°由剪切強(qiáng)度決定，60°-90°由橫紋壓縮強(qiáng)度決定。
　　(4)密度和紋理角度的耦合能夠提高重組竹斜紋理承壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)精度。二維模型預(yù)測(cè)值精度遠(yuǎn)高于一維模型精度，試樣密度接近平均密度時(shí)，相對(duì)誤差減小。
　　(5)重組竹力學(xué)性質(zhì)受溫度影響較大。隨溫度的升高，力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)高溫處理的重組竹顏色逐漸加深，且細(xì)胞壁裂紋增加。高溫處理重組竹斷裂方式能夠判斷重組竹力學(xué)強(qiáng)度大小，當(dāng)壓縮試樣纖維整齊斷裂時(shí)，處理溫

6、度為170℃，力學(xué)性質(zhì)達(dá)到最大值。傅里葉紅外光譜顯示170℃為膠黏劑熱分解臨界狀態(tài)，固化程度最高，此時(shí)力學(xué)性質(zhì)最大。
　　(6)重組竹取樣和測(cè)試方案對(duì)力學(xué)性質(zhì)有顯著影響。將物理力學(xué)試樣在每張板材上循環(huán)設(shè)計(jì)取樣，保證各性質(zhì)試樣在板材每個(gè)部位均有分布。重組竹板材中間區(qū)域和邊沿區(qū)域物理力學(xué)性質(zhì)間具有顯著性差異，中間區(qū)域內(nèi)部和邊沿區(qū)域內(nèi)部差異性不顯著。
　　3.重組竹物理力學(xué)性質(zhì)特征值確定方法研究。正態(tài)分布不能擬合重組竹物理力學(xué)性質(zhì)

7、分布情況，對(duì)數(shù)分布和威布爾分布能夠較好擬合重組竹物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)分布。氣干密度、全干密度特征值分別為1.004g/cm3、0.974 g/cm3，拉伸強(qiáng)度和拉伸彈模特征值為119.69MPa、24.46GPa，順紋抗壓強(qiáng)度、橫紋局部抗壓強(qiáng)度特征值為85.65MPa、23.41MPa、39.90MPa，彎曲強(qiáng)度、彎曲彈模特征值為151.57MPa、23.4GPa，剪切強(qiáng)度特征值為37.33MPa。
　　4.重組竹物理力學(xué)性質(zhì)誤差隨樣