竹材集成材建築結構柱破壞機理研究

《竹材集成材建築結構柱破壞機理研究》是依託南京林業大學，由李海濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：竹材集成材建築結構柱破壞機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李海濤
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

本項目針對目前國內外沒有竹材集成材建築結構設計相關規範的現狀，圍繞竹材集成材建築結構柱展開試驗研究與分析。該項目採用試驗研究、理論分析和數值模擬相結合的技術路線和方法，探索結構用竹材集成材的基本力學性能及多種因素對其基本力學性能的影響，建立結構用竹材集成材應力應變關係及破壞準則；通過對竹材集成材建築結構柱的試驗研究與分析，界定出長柱和短柱；研究裂縫形態、尺度及擴展規律同破壞過程應力場變化的內在聯繫，揭示軸心受壓長柱、短柱及偏心受壓柱的破壞機理；建立竹材集成材建築結構柱各損傷狀態與設計參數的量化關係；分別提出竹材集成材建築結構軸心受壓短柱、長柱及偏心受壓柱的力學計算模型；在試驗研究和分析的基礎上，給出竹材集成材建築結構柱的設計方法和建議，為將來竹建築有關規範和標準的制定，為現代竹建築結構的推廣和套用提供試驗資料和理論基礎。

結題摘要

竹集成材是將速生、短周期（通常3-5年）的竹材加工成定寬、定厚的竹片，乾燥至8-12%的含水率，再通過膠粘劑將竹片同方向膠合成任意長度、任意截面的型材（通常為矩形斷面或方形斷面）。這種型材強度高，能滿足多層建築結構對材料物理力學性能的需求，可大規模套用於建築結構的梁和柱，解決一般多層木結構建築需要大徑級天然木材的技術難題。針對目前國內外沒有竹集成材建築結構設計相關規範的現狀，本文圍繞竹集成材柱力學性能展開系列試驗研究與分析。 本項目研究了竹集成材拉、壓、彎、剪等基本力學性能，構建了竹集成材簡化及精細應力應變本構模型；研究了製作工藝（平壓、側壓、平側相間等）、原竹部位、載入方向、試件尺寸等因素對竹集成材軸壓短柱力學性能的影響規律；竹集成材在破壞過程中表現出五種典型的損傷形式，即胞壁層面損傷與層裂、胞壁屈曲與塌潰、微裂隙損傷區的形成與擴展、膠結界面損傷、胞壁斷裂；考慮長細比、偏心距等因素的影響，研究了竹集成材柱破壞機理，給出了長柱和短柱的破壞特點，給出了大偏壓試件和小偏壓試件的破壞特點，給出了側向變形公式、穩定係數計算公式、偏心距影響係數公式和對應極限承載力計算公式；基於竹集成材偏壓柱應力應變關係模型，三種破壞模式下竹集成材偏壓柱承載力計算公式；給出了相關設計建議。本項目的研究成果，豐富了竹集成材構件設計相關基本理論，推動了該領域相關研究的發展。相關研究成果為將來竹集成材結構設計相關標準或規範的制定，為竹集成材最佳化結構的設計、推廣和套用提供試驗資料、理論基礎和科學依據。 本項目公開發表學術論文10篇，其中SCI論文6篇，EI論文3篇，核心期刊論文1篇；獲得授權發明專利6項，實用新型專利6項。培養研究生4名。參加過國內外10多次學術交流，廣泛宣傳科研成果，提高研究成果的影響力。並同相關企業開展產學研合作，實現了相關科研成果的轉化。