工程竹木梁受弯性能试验研究

为研究工程竹木梁受弯性能,设计足尺花旗松胶合木梁、胶合竹梁、重组竹梁和胶合竹木梁试件进行受弯性能试验,分析试件破坏模式、承载力、变形特点。试验结果表明,4种梁破坏均由下部纤维在跨中被拉断引起,与胶合木梁易受木节等缺陷的影响相比,工程竹梁和胶合竹木梁力学性能更稳定;胶合竹梁、重组竹梁和胶合竹木梁极限荷载平均值分别较花旗松胶合木梁提高28%,91%,38%,达到极限荷载时的跨中位移平均值分别提高94%,63%,118%;胶合竹木梁极限荷载及达到极限荷载时的跨中位移均略大于胶合竹梁,表明通过工程竹材与速生木材的组合使用,胶合竹木梁受弯性能得到增强,胶合竹强度和变形能力得到充分利用。     

竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁受弯性能研究

提出一种新型的竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁,对其进行受弯性能试验研究。试件包括3根普通胶合木梁、12根竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁及3根横嵌CFRP板增强的胶合木梁。研究了其不同的破坏形态,破坏机理及受弯性能等,按不同的配筋率、不同的配筋截面形式及不同CFRP板增强方式等影响因素对试件的受弯承载力、刚度、延性等结构性能进行分析比较。试验结果表明,相比普通胶合木梁,增强后试件受弯承载力提高了34.2%~52.3%,刚度提高了8%~28.5%,增强后试件破坏形式由脆性受拉破坏转变为塑性受压破坏;对比传统横嵌CFRP板增强方式,竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁的受弯承载力及极限变形均有明显提高。结合力学模型提出了三种破坏形态的受弯承载力计算公式,并与实际试验结果进行对比,理论计算结果与试验结果吻合较好。     

FRP增强胶合木梁的受弯性能研究

对FRP(fiber reinforced plastics/polymer)增强胶合木梁的受弯性能做了详细研究。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了FRP增强胶合木梁与未增强梁的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明FRP增强杨木胶合木梁相对于未增强梁,受弯极限承载力提高了18%~63%,刚度提高了32%~88%,当配筋率为1.0%左右时,FRP增强杨木胶合木梁的受弯承载力与刚度分别可达到常用松木实木构件的1.82倍和1.35倍,并且增强构件的破坏形式大多表现为塑性受压破坏。基于力学模型分析,提出了粘结界面粘结剪应力、截面中性轴位置、FRP板拉力、受拉面层破坏荷载和极限荷载等的计算公式;然后将理论分析结果与现有的大量试验结果进行了对比,结果表明,模型精度较高,能够较好地预测FRP增强胶合木梁的受弯性能,可为此类结构构件的加工设计与工程应用提供参考。     

重组竹板增强胶合木梁研究

通过对普通胶合木梁受弯特点的分析,阐述了对普通胶合木梁进行增强的必要性,根据国内外试验研究成果,总结了增强普通胶合木梁的试验方法,结合新材料重组竹的优越性能,提出了一种重组竹板增强胶合木梁,并对该新型胶合木梁进行了试验方案的设计。     

正交胶合竹木柱轴心受压试验研究

对利用原材料格鲁斑工程胶合竹(glubam)和SPF(云杉-松-冷杉)木材组合成的正交胶合竹木(CLBT)柱和利用SPF制成的正交胶合木(CLT)柱进行试验研究。分析其竖向应变、横向应变、侧向挠度、极限承载力等随长细比的变化规律。并把CLBT和CLT进行对比,分析其极限承载力的变化情况,探讨CLBT和CLT的破坏形态和破坏机理,最后通过参考国内外木结构设计规范,以及改进后的正交胶合竹木承载力公式计算试件承载力并与试验值对比分析。试验结果表明:CLBT的极限承载力比CLT的极限承载力增加了40.49%～61.01%,侧向刚度有明显增加,峰值竖向应变增加了30.45%～56.11%。CLT的试验值和美国木结构设计规范计算的理论值吻合较好,而与国内木结构设计标准计算的理论值随试件长细比的增大计算结果越来越偏保守。CLBT的试验值和文章改进的正交胶合竹木承载力公式计算的理论值吻合较好。     

现代竹结构人行天桥的研发和建造

提出了一种以胶合竹板为基本材料的现代竹结构人行桥梁,并通过3根足尺试件试验,研究了胶合竹板制成长梁的成型工艺和构件的力学性能。试验显示,竹梁的破坏是由受压区竹材分层导致对接头错位引起的,CFRP增强层对竹梁的强度有所提高,采用短板拼接、整体胶合成型的大尺寸竹梁的刚度和承载力均能满足人行天桥建设的要求。根据试验和分析结果,研究者采用预制装配方式建造了一座现代竹结构人行天桥,并在建造中对竹结构人行桥采取了整体防水处理。该桥经过两年多的使用,主体结构正常。     

组坯胶合木梁受弯性能有限元分析

针对传统胶合木梁各层板木材强度利用不充分的特点,利用ABAQUS有限元程序,采用能够反映木材各项异性的本构关系,对胶合木梁进行有限元分析,研究包括对称和非对称异等组坯在内的7种组坯方式下,胶合木梁的受弯性能。研究结果表明,受拉最外层板对梁的受弯性能影响最大,当受压最外层层板从Me10级到Me12级时,梁的抗弯承载力增大19.04%。该研究结果可充分利用木材强度,也可作为相关企业生产加工的参考依据。     

外包钢板和内贴重组竹增强胶合木梁柱节点的试验研究

针对胶合木梁柱钢填板螺栓节点转动时螺栓孔壁处木材易劈裂的问题,研究了外包钢板和内贴重组竹板增强节点的力学性能。进行了对比节点试件、内贴重组竹板增强节点试件以及两种外包钢板增强节点试件的低周反复加载试验,研究了4种节点试件的破坏模式、承载力、变形能力、耗能能力和刚度退化性能。结果表明,外包钢板和内贴重组竹板增强能够有效提升节点的承载力和变形能力;外包钢板增强节点的耗能能力得到显著提升,尤以钢板对梁侧亦有约束的S2组试件节点更为显著,在主循环位移幅值分别为1.0Δ,1.5Δ和2.0Δ时,外包钢板增强S2组试件的耗能量较对比U组试件分别提高220%,349%,176%;几种增强方案均能提升节点的早期抗侧刚度,而内贴重组竹板增强能够在大变形阶段有效改善节点刚度的退化。     

纤维增强复合材料加固木梁受弯性能试验研究

对36根纤维增强复合材料(FRP)加固木梁的受弯性能进行研究。详细探讨受载后试件的工作机理和破坏模式。试件的设计参数为FRP的层数、FRP的类型及加固层的位置。分析各设计参数对加固木梁承载力和挠度的影响。试验结果表明,在木梁受拉区布置FRP可有效提高木梁的受弯承载力,受拉区粘贴一层CFRP可提高木梁受弯承载力30.61%。在纯弯区横向布置FRP可增强木梁受压区的性能,有效提高木梁的受弯承载力,提高的幅度与横向FRP层数有关。FRP加固木梁的破坏表现为受压区木纤维褶皱失稳、受拉区木纤维和FRP加固层被拉断。木梁受压区设置FRP加固层对受弯承载力的影响与加固的方式有关,受压区横向缠绕FRP加固效果最好,而沿梁纵向加固的效果并不明显。     

工程木梁的受弯性能试验研究

以江苏速生意杨为原材料加工的工程木材,包括层板胶合木(Glulam)和旋切板胶合木(LVL)等,提出几种新型的构件截面形式,对受弯构件的结构性能影响因素进行了详细分析。研究的主要目的是充分利用我国速生林资源,并将其应用于现代木结构建筑。首先,通过材料的材性试验,探讨了Glulam和LVL的主要物理力学性能;在此基础上,对31个工程木梁模型试件进行了弯曲性能的试验研究,分析了工程木梁的破坏形态和破坏机理,探讨了其极限承载力和抗弯刚度等弯曲性能,并对构件性能进行了对比;最后,分析了影响工程木梁结构性能的各种因素,包括层板组合方式、荷载方向、单板厚度(LVL构件)以及构件尺寸等。结果表明:工程木梁的结构性能远远超出了建筑中常用锯材梁的结构性能,其强度比樟子松锯材构件高出39.0%~90.0%,刚度高出35.0%~45.0%,若将Glulam与LVL进行优化组合,会取得更好的效果;构件横截面平均应变基本上呈线性分布,构件的极限拉应变约为0.006,而其破坏时的压应变最大为0.009左右;     

竹集成材简支梁抗弯性能试验研究

基于15根竹集成材简支梁的抗弯试验,研究其作为结构构件时的抗弯性能。结果表明:竹集成材简支梁共存在3种主要的破坏形态,即梁底部竹片指接处脆性拉断、梁底部竹束胶合面斜向撕裂及梁底部竹纤维束逐渐拉断;竹梁破坏时的挠度已达梁跨度的1/50,若类同木梁采用梁跨度的1/250作为挠度限值,则可考虑以挠度作为控制指标进行构件设计;竹梁在破坏前,其横截面应变沿梁高度方向基本符合平截面假定;在加载初期,竹梁跨中截面曲率随外荷载基本呈线性变化,当弯矩达到极限弯矩的60%左右时,竹梁的截面曲率开始进入非线性阶段;随着曲率的增大,截面刚度逐渐退化,直至构件破坏。     

结构用工程竹抗紫外线老化性能的试验研究

紫外线是导致材料老化的主要因素之一,通过人工加速老化试验,模拟太阳光中的紫外线辐射,加上温湿度循环变化的影响,测试未经防护处理的工程竹的物理力学性能,并与花旗松木材在紫外线辐射下的物理力学性能变化进行对比,评价胶合竹、重组竹、花旗松木材试样的抗紫外线老化性能。结果表明,花旗松木材颜色对紫外线辐射比较敏感,受辐射面有明显的颜色变深,在紫外线辐射下胶合竹也发生颜色变黄但没有花旗松木材严重,重组竹的颜色变化不明显;除顺纹抗压强度胶合竹降幅最大外,顺纹抗压弹性模量、顺纹抗拉强度、抗弯强度、抗弯弹性模量均为花旗松木材降幅最大。总体来说,重组竹的抗紫外线老化性能最优,但胶合竹、重组竹、花旗松木材这三种材料在紫外线辐射作用下均有不同程度的力学性能退化,用于室外环境时需要进行防护处理。     

粘贴竹片加固混凝土梁的试验研究

竹材是一种可再生的低碳环保材料,具有抗拉强度高、稳定性好等优点。混凝土梁老化损伤或使用荷载增加均可能导致受弯承载力不能满足要求,影响结构的正常安全使用。介绍5根RC梁粘贴竹片加固的对比试验研究,其中2根为对比试件,3根为分别粘贴1层、2层和3层的竹片加固试件。研究结果表明,粘贴竹片加固RC梁的极限承载力提高22%～25%,平均提高24%;粘贴竹片加固RC梁的初始弯曲刚度提高33%～49%,平均提高39%;粘贴竹片加固RC梁在相同荷载下弯曲裂缝的裂缝宽度明显小于对比试件。粘贴竹片加固RC梁是一种低碳高效的加固技术,值得进一步深入研究。     

钢-竹组合工字梁受剪性能试验研究

以钢-竹组合工字梁的竹材截面翼缘厚度、腹板宽度及剪跨比λ为参数,对9根钢-竹组合工字梁进行了受剪性能试验,分析了组合梁的破坏过程、破坏机理、变形及承载力等,研究了影响组合梁受剪性能的因素,校验了组合梁变形及受弯承载力计算公式,并提出了组合梁受剪承载力简化计算公式.研究结果表明:钢-竹组合工字梁整体工作性能优良,组合效应...     

Performance of composite girders strengthened using carbon fibre reinforced polymer laminates

This paper highlights the structural performance of steel–concrete composite girders strengthened using advanced composite laminates. Nonlinear 3-D finite element models have been developed to investigate the flexural behaviour and load carrying capacity of the girders. The composite laminates comprised carbon fibre reinforced polymer (CFRP) plates and sheets as well as steel reinforced polymer (SRP) sheets. The elastic modulus and ultimate tensile strength of the laminates varied from low to high 60–300 GPa and 700–3100 MPa, respectively. The nonlinear material properties of the strengthened composite girder components comprising concrete, structural steel beam, reinforcement bars, adhesive and composite laminates were incorporated in the finite element model. The interfaces between the composite girder components were also considered allowing the contact and bond behaviour to be modelled and the different components to retain its profile during the deformation of the strengthened composite girder. Furthermore, the load-slip characteristic of headed stud shear connectors was incorporated in the finite element models based on previous experimental and numerical investigations conducted by the author. The finite element models have been validated against published tests on composite girders strengthened using different advanced composite laminates and having different cross-section geometries, lengths, layers of laminates with different elastic moduli and ultimate tensile strengths, concrete strengths and structural steel strengths. The load carrying capacity of strengthened composite girders, load–vertical displacement behaviour and failure modes were predicted from the finite element analyses and compared against test results. Parametric studies were conducted to study the effects on the load carrying capacity and structural behaviour of strengthened composite girders owing to the change in the composite laminate elastic modulus, number of laminate layers, concrete strengths and structural steel strengths. The study has shown that the increase in the load carrying capacity and ductility of strengthened composite girders due to the increase in steel beam strength is significant with high strength concrete slab. Also, it has been shown that the increase in concrete strength offers a considerable increase in the initial stiffness of strengthened composite girders, while the increase in structural steel strength offers a considerable increase in the stiffness of strengthened composite girder in the post-yielding stage.     

具有初荷载的钢筋混凝土梁桥粘贴碳纤维布加固试验研究

通过对五片实桥模型T型梁粘贴不同数量、不同受力阶段碳纤维片材的破坏试验,研究了碳纤维布数量和二次受力对钢筋混凝土T型梁抗弯承载能力的影响,对梁的裂缝、挠度、刚度等做了调查分析,讨论了粘贴碳纤维布对正常使用状态的影响,提出了粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土简支T型梁的抗弯承载力计算方法,针对不同破坏形态讨论了不同的计算方法并予以一定简化。与试验结果比较表明该方法准确有效。     

竹纤维含量对混凝土强度影响的试验研究

在普通混凝土中加入竹纤维筋而形成的一种复合竹纤维混凝土,竹纤维在混凝土中呈多向分布,可阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和宏观裂缝的发生和发展,它能提高混凝土的抗裂性能和抗拉强度.为了揭示竹纤维含量和长度对混凝土力学性能的影响,提出了3种含量和3种规格竹纤维长度的竹纤维混凝土试件进行28 d抗压、抗折、抗拉强度试验.试验结果表...