足尺重组竹受弯构件的试验与理论分析

通过5个足尺重组竹受弯构件的试验与理论分析,详细研究了重组竹的抗弯性能。研究表明,重组竹受弯构件的典型破坏形态是底部竹纤维拉断和中性轴附近层间剪切破坏,重组竹受弯构件的设计由截面刚度控制,对应挠度限值L/250的荷载值PL/250 与极限荷载Pmax 的比值有较好的稳定性,通过回归建立了重组竹抗弯强度fm与弹性模量E的相关关系模型,弹性模量表达的刚度能够准确预测承载力;对于重组竹受弯构件,平截面假定依然成立;参考木结构设计计算方法,考虑竹材重组竹的材料特性,给出了重组竹受弯构件的计算方法,初步建议了重组竹抗弯强度设计值、顺纹抗剪强度设计值、弹性模量E的设计指标。     

重组竹压弯构件承载力非弹性分析方法

重组竹是一种类似于木材的定向复合材料,其顺纹受压应力-应变非线性特征显著,故重组竹受弯构件和压弯构件在承载能力极限状态下亦呈明显的非线性特征。而现行相关设计规范仍采用线弹性计算方法,不能准确预估压弯构件的承载力。为此,将重组竹受弯构件和偏心受压构件统一为压弯构件,基于Euler梁理论,考虑材料的非线性应力-应变关系,建立了压弯构件在非弹性工作状态下的承载力计算方法。通过重组竹梁受弯试验和重组竹柱偏心受压试验,验证了所提方法的准确性。     

结构用侧压竹集成材强度取值研究

侧压竹是一种由竹片经胶合压制而成的竹集成材.为确定侧压竹集成材的强度指标,参照木材试验标准,对结构用侧压竹集成材试件进行了抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度及弹性模量的试验实测,得到了侧压竹集成材清材的顺纹抗压强度、横纹弦向抗压强度、顺纹抗拉强度、横纹抗拉强度、抗拉弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量、抗剪强度的平均值...     

重组竹的单轴与纯剪应力应变关系

重组竹是将竹丝束平行组坯、经高压胶合而成的一种生物质复合材料,是一种极具潜势的建筑结构材料。研究重组竹的基本力学性能和应力应变关系,是建立此类材料本构关系和进行重组竹结构非线性分析的基础。将重组竹理想化为横向各向同性复合材料,通过试验,给出了重组竹各主轴方向的单轴与各主平面的纯剪力学参数,建立了各种应力状态下的应力应变关系。结果表明,重组竹力学性能优于常用的结构用木材,且变异性较小。重组竹顺纹受拉强度约是顺纹受压强度的2倍;横纹受拉强度远远低于横纹受压强度;横切面内的剪切模量及强度远远低于另外两个方向,且横纹剪切强度是顺纹剪切强度的3倍。重组竹的应力应变关系和破坏模式与纤维参与受力程度密切相关。顺纹受拉时,拉应力完全由纤维承担,破坏表现为纤维的脆性拉断,强度最高,应力应变为完全线性关系;其他应力状态下,破坏均发生在基体或纤维-基体界面,若裂纹的扩展受到纤维限制,破坏呈渐进性,强度较低,应力应变曲线由早期的线性关系转入后期的非线性关系;当裂纹的扩展未受到纤维限制,破坏强度最低,应力应变呈线性关系。     

碳纤维布加固松木梁受弯试验

为研究碳纤维布加固矩形松木梁的受弯性能,通过抗弯性能试验,并结合有限元数值计算,研究了弹性模量、碳纤维布层数、初始裂缝与抗弯承载力之间的关系; 在给定的2种初始裂缝情况下,采用虚拟裂纹闭合法进行应力强度因子计算,并使用最大周向应力准则作为断裂判据; 基于试验数据和有限元计算结果,提出碳纤维布加固松木梁抗弯承载力的计算公式。结果表明:松木梁经碳纤维布加固后,其抗弯承载力提高幅度为12.9%～34.5%; 松木梁截面应变沿高度方向的分布基本符合平截面假定; 当碳纤维布弹性模量在加固松木梁弹性模量30倍以内时,随着碳纤维布弹性模量的增加,木梁的抗弯承载力显著升高,但超过这一限值后,提高速度逐渐减慢; 计算得出松木梁在考虑初始裂缝情况下的抗弯承载力削减幅度为6.5%～27.3%,并且刚度有一定程度降低; 综合考虑计算结果与经济效应,可以认为加固矩形松木梁时使用3层或4层碳纤维布加固最为合理。     

木梁抗弯性能试验研究

通过对四根矩形截面杨木梁的受弯静力试验,研究了杨木梁的抗弯强度与抗弯弹性模量等主要抗弯性能。测得木梁在两点集中荷载作用下的跨中应变和挠度数据,分析了荷载与挠度及应变的关系,计算了杨木的抗弯强度与抗弯弹性模量。通过进行木材基本力学性能试验,确定了杨木顺纹抗拉、压强度与弹性模量,横纹抗压强度与弹性模量。试验结果为后期的木梁与木柱、梁—土坯组合墙体有限元数值分析提供了试验依据。     

BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁受弯性能研究

以不同钢纤维掺入率（0、0.5%、1%、1.5%）、受压区钢纤维混凝土不同厚度为试验变量,设计了7根玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）部分增强钢纤维混凝土梁进行受弯性能试验,研究不同钢纤维体积率以及钢纤维在混凝土中的不同厚度对BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁受弯性能的提升效果。试验结果表明：在受压区掺入钢纤维,其极限承载力约可提高8%～35%,开裂荷载约可提高10%～30%,跨中挠度约可减小25%;同一钢纤维体积率下,部分截面掺加钢纤维的混凝土梁的极限承载力与全截面掺加钢纤维的混凝土梁的极限承载力相近。仅在梁受压区掺入钢纤维,可高效利用BFRP筋与钢纤维的增强增韧作用,进而提高梁的受弯性能。基于修正的钢纤维混凝土受压应力-应变模型和结构设计原理,建立了BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

ECC/钢筋混凝土叠合梁正截面受弯承载力试验与理论研究

为了探究ECC/高强钢筋混凝土叠合梁的正截面受弯特征,以及ECC层厚度对叠合梁整体受弯性能的影响,做了两组共5根梁试件的正截面受弯试验。发现与高强钢筋混凝土梁相比,叠合梁的承载力更高,相同荷载下的挠度值和最大裂缝宽度较小。在受弯全过程中其截面应变仍符合平截面假定,钢筋与ECC也可以实现协调变形,说明受拉区使用ECC可以使得高强钢筋的应力得到充分发挥。但ECC层厚度过大可能会使叠合梁发生脆性破坏。进一步地,在此研究的基础上,对已有ECC的本构模型进行简化,忽略其应力强化贡献,并运用叠加原理,提出一种用于计算ECC/钢筋混凝土叠合梁正截面受弯承载力的方法,将计算结果与试验结果及诸多文献结果进行比较,发现吻合度较高。     

结构用侧压竹集成材强度取值研究

侧压竹是一种由竹片经胶合压制而成的竹集成材。为确定侧压竹集成材的强度指标,参照木材试验标准,对结构用侧压竹集成材试件进行了抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度及弹性模量的试验实测,得到了侧压竹集成材清材的顺纹抗压强度、横纹弦向抗压强度、顺纹抗拉强度、横纹抗拉强度、抗拉弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量、抗剪强度的平均值和标准值;以侧压竹集成材清材试件实测数据为基础,采用Pearson χ²方法,验证了侧压竹集成材的各项强度实测值的概率分布均服从正态分布N(μ,σ²);基于可靠度理论,考虑材料的天然缺陷、干燥缺陷、长期荷载等影响强度取值的因素,提出了考虑多因素影响的侧压竹集成材强度设计值的确定方法,给出了侧压竹集成材构件的强度标准值和强度设计值的建议数值。结果表明:侧压竹集成材的力学性能优良,可以作为建筑结构用材。     

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

通过轴压和轴拉试验,得到了活性粉末混凝土受压和受拉应力-应变全曲线方程。通过6根钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,得到了此类梁在各级荷载作用下纯弯区段受压边缘压应变及应变沿梁高的分布,获得了试验梁的开裂弯矩和极限弯矩,考察了试验梁的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：钢筋活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6,纯弯区段开裂应变为750×10-6,截面抵抗矩塑性影响系数计算应考虑纵向受拉钢筋的有利影响。建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋活性粉末混凝土梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法,可供钢筋活性粉末混凝土梁设计时参考。图9表10参11     

RC梁正截面承载力试验的计算机模拟

钢筋混凝土梁正截面破坏过程是一个多阶段的非线性过程.传统的纯弯试验是一种间接的测试方法,不能直观反映梁截面内部的应力应变过程;而且受试验条件限制,通常只能进行适筋梁的试验,不能对少筋梁和超筋梁进行荷载试验.基于平截面假定,采用MATLAB程序编写了梁的正截面弯矩-曲率关系曲线计算程序.通过程序,可更直接地描述混凝土梁的受弯破坏过程,且可以模拟多种配筋条件.     

锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算模型

在对锈蚀钢筋混凝土受弯构件试验研究和非线性有限元分析的基础上,得到了锈蚀钢筋混凝土受弯构件钢筋和混凝土的应力和应变特性。针对锈蚀钢筋与混凝土之间滑移增大、混凝土平均应变和钢筋应变不满足平截面假定的特征,建立了混凝土应变和钢筋应变之间的几何关系。运用极限平衡理论,建立了与锈蚀钢筋受弯构件正截面受力性能相一致的计算模型。     

重组竹抗压和抗弯力学性能试验研究

参考GB 1927~1943—1991《木材物理力学性能试验方法》、ASTM D143—1994(2007)《木材无疵小试样的试验方法》等,研究重组竹的受压、受弯力学性能,进行重组竹的力学性能试验,得到其顺纹抗压和抗弯强度及其弹性模量。试验结果表明:重组竹的抗压经历了弹性阶段、弹塑性阶段和塑性破坏阶段;顺纹抗弯经历了较长的弹性阶段后发生破坏。通过讨论重组竹结构的设计方法,给出以基于木材强度设计值计算方法为基础的重组竹的抗压强度、抗弯强度的建议设计值,为设计提供参考依据,并与其他几种胶合木、胶合竹材进行对比分析。研究表明,重组竹能满足建筑结构对其抗压、抗弯材料力学性能的要求。     

重组竹梁受弯承载力试验研究

根据不同的剪跨比,将8根重组竹梁分成两组,对其采用四点弯曲加载,采用位移控制法,以6mm/min加载直至构件破坏,研究重组竹梁的受弯承载力和破坏形态。试验结果表明,重组竹梁的破坏是由于受拉区的纤维被拉断,其极限受弯承载力在17.6~22.1k N·m之间,剪跨比对极限受弯承载力的影响不大,受弯梁跨中截面沿高度方向的应变基本符合平截面假定,达到极限受弯承载力时,其竖向挠度远大于规范规定的要求。在试验基础上,对构件的受弯承载力进行理论分析,其值与试验结果吻合较好。     

钢纤维增强钢筋混凝土梁裂缝宽度的统一计算方法

根据钢筋钢纤维部分增强混凝土梁正截面受弯性能的试验研究成果,分析了钢纤维对平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数和钢筋应力的影响,提出了与普通钢筋混凝土梁裂缝宽度计算方法相衔接的钢纤维增强钢筋混凝土梁裂缝宽度的统一计算方法。结果表明,在梁截面部分地加入钢纤维能够达到全截面加入对裂缝的限制效果,提出的裂缝宽度计算公式计算简便,可用于实际工程设计。     

钢筋混凝土简支梁受弯实验研究

通过对五根钢筋混凝土简支梁受弯破坏过程的实验,分析了混凝土简支梁在集中荷载作用下的基本受力性能与规律,并研究了简支梁的破坏形态特征,结果表明:根据实验测得数据计算梁的跨中最大位移比规范计算所得的值略小;纵向受拉钢筋应力在未屈服前随荷载的增大呈线性增长关系;梁在正截面受弯破坏过程中,混凝土未开裂前其应变沿截面高度的变化规律基本符合平截面假定。     

锈蚀槽钢梁承载性能研究

对锈蚀槽钢梁承载性能进行试验研究和理论分析。试验研究表明:锈蚀率对钢材抗拉强度和弹性模量的影响较小;截面尺寸、跨度和锈蚀率是影响锈蚀槽钢梁承载力和变形的主要因素;试件发生整体受弯破坏。锈蚀槽钢梁弯矩-挠度曲线可分为3个阶段:弹性锈蚀层脱落段、弹性段和屈服强化段。锈蚀槽钢梁弯矩-曲率关系曲线可分为2个阶段:弹性段和屈服强化段。在试验研究基础上,提出锈蚀槽钢梁基于平均厚度和锈蚀率的承载力计算方法,以及挠度的计算方法。计算公式简单,且具有很高的计算精度,便于工程应用。     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能，以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数，共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析，研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明：所有试件均发生受弯破坏，且延性较好；荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段，跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定；组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定，推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。     

GFRP筋活性粉末混凝土梁受力性能试验研究

为了研究GFRP筋活性粉末混凝土梁的受力性能,对8根梁进行三分点加载试验,获得了试验梁的开裂弯矩、极限弯矩以及各级荷载作用下的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：活性粉末混凝土试验梁纯弯区段开裂应变 (750×10-6) 约为普通混凝土梁的7倍,开裂弯矩及截面塑性系数计算应考虑纵向受拉GFRP筋的有利影响。GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面受弯破坏形式可分为纵向受拉GFRP筋被拉断而受压边缘活性粉末混凝土未被压碎的受拉破坏,受压边缘活性粉末混凝土被压碎(5500×10-6)而纵向受拉GFRP筋未被拉断的受压破坏,以及纵向受拉GFRP筋被拉断的同时受压边缘活性粉末混凝土被压碎的界限破坏等三种。对于受压破坏可按拉区应力为0.25倍活性粉末混凝土抗拉强度来考虑拉应力对正截面受弯承载力的贡献。对于受拉破坏则基于材料应力-应变关系通过数值积分迭代计算正截面受弯承载力。刚度及裂缝宽度计算的关键是合理计算使用阶段GFRP筋的拉应力,在计算GFRP筋拉应力时所用弯矩应为外荷载弯矩减去拉区活性粉末混凝土拉应力合力对压区合力点的弯矩。图9表12参10     

小跨高比胶合木梁受弯性能及增强试验

为研究工程用胶合木梁的受力性能,对分别采用未增强及在底部粘贴钢板、在底部弯剪区拧入螺钉、在两侧中部粘贴钢板增强方式的4组共计9根跨高比为12的胶合木梁进行受弯承载力试验。通过试验得到各试件破坏形态、荷载-位移曲线,分析了增强后木梁的力学性能和跨中应变分布规律。提出了木梁在三分点受弯试验时发生受拉和受剪破坏的界限跨高比; 在验证了受弯木梁的截面应变分布基本符合平截面假定后,提出了小跨高比胶合木梁及增强构件在三分点受弯试验时发生顺纹剪切破坏的极限承载力计算公式。结果表明:小跨高比胶合木梁的破坏形式为顺纹剪切破坏,破坏时无征兆,破坏面基本发生在木梁的中性轴及偏下位置; 底部粘钢梁在受弯时受压区面积增大,中性轴下移,极限承载力和刚度都有所提高; 梁底拧入螺钉和侧面贴钢板能很好地提高梁的抗剪能力和极限承载能力; 所提出的承载力计算公式的计算值和实测值相对误差大都在20%以下,且计算值相比实测值偏于安全,可为此类构件的设计和工程应用提供参考。