楠竹力学性能试验研究及分析

论文摘要

我国使用竹材作为建筑材料具有悠久的历史,在竹子资源储量、竹子生物多样性方面均居世界排名首位。竹材原材料来源广,再生快；具备良好的物理力学性能,竹材的比强度和比刚度均高于钢筋；竹材的加工性能好,可锯可刨；单位能耗低于钢筋和混凝土。对竹材进行深度研发和充分利用,将这一资源作为结构材料应用于土木工程领域,对于缓解全球建材紧缺危机,减少森林砍伐和控制温室气体的排放等都有着非常重要的意义。对竹材力学性能的研究是我们在结构构件中使用这一天然生物复合材料的基础,目前国内外学者对此进行的大量研究因为依据不同的标准,使得测试结果并不具备可比性。本文将依据建筑用竹材物理力学性能试验方法对湖南地区楠竹进行试验研究,测定其顺纹抗拉性能,并在此基础上探索楠竹与混凝土的粘结性能。本文主要研究内容如下：(1)对128个顺纹抗拉楠竹试件进行强度试验,测定湖南地区有代表性产区的楠竹顺纹抗拉强度；通过对比有节及无节试件顺纹抗拉强度值分析竹节对竹材抗拉强度的影响；同时采用烘干法和电阻法测定试件含水率,得到两组含水率之间的关系,探讨电阻法测试含水率的可行性；通过分析试件的荷载—变形图计算本次试验中试件的弹性模量,为本地区楠竹顺纹抗拉弹性模量提供参考值。(2)对两组各64个顺纹抗拉楠竹试件进行对比试验,考察不同加载速率对试件顺纹抗拉强度值的影响,了解竹材在实际应用中承受荷载的能力；考察不同的试件端部夹持方式对试件顺纹抗拉强度值的影响,探索试件弦面夹持的可行性。(3)对4组54个竹筋混凝土构件进行拉拔试验,了解竹节、混凝土强度和竹筋埋设深度对竹筋混凝土粘结性能的影响；利用有限元软件ANSYS建立竹筋混凝土粘结滑移模型,对构件从承受荷载到破坏进行模拟分析,与试验结果进行对比分析。上述研究成果可为湖南地区楠竹竹材在建筑领域的应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 建筑领域竹材应用概述
• 1.1.1 建筑领域竹材应用的历史及意义
• 1.1.2 国内外建筑领域竹材应用现状及展望
• 1.2 竹林资源分布
• 1.2.1 世界竹林资源分布
• 1.2.2 中国竹林资源分布
• 1.2.3 湖南楠竹资源分布
• 1.3 竹材力学性能
• 1.3.1 竹材构造及力学性能
• 1.3.2 影响竹材力学性能的具体因素
• 1.3.3 国内外研究方法及标准
• 1.4 本文研究目的及主要内容
• 第2章 楠竹顺纹抗拉试验
• 2.1 试验概述
• 2.2 试验目的
• 2.3 试验原理
• 2.4 试件制作
• 2.4.1 试件数量
• 2.4.2 试材采集
• 2.4.3 试件加工
• 2.4.4 试件分类
• 2.4.5 试件保存
• 2.5 量测内容及方法
• 2.5.1 量测内容
• 2.5.2 量测方法
• 2.5.3 含水率测定的电阻法与烘干法
• 2.6 试验设备及加载方式
• 2.6.1 实验设备
• 2.6.2 加载方式
• 2.7 本章小结
• 第3章 顺纹抗拉试验结果与分析
• 3.1 顺纹抗拉强度试验过程及现象
• 3.1.1 无节试件破坏过程及试验现象
• 3.1.2 有节试件破坏过程及试验现象
• 3.1.3 试件的荷载—变形曲线
• 3.2 顺纹抗拉强度试验数据及处理
• 3.2.1 顺纹抗拉强度值计算
• 3.2.2 试验准确指数计算
• 3.3 竹节对强度的影响
• 3.4 试件含水率修正
• 3.5 加载方式对顺纹抗拉强度的影响
• 3.6 顺纹抗拉弹性模量
• 3.6.1 计算原理与方法
• 3.6.2 试验结果
• 3.6.3 竹节的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 竹材与混凝土粘结滑移试验
• 4.1 概述
• 4.2 试验设计
• 4.2.1 试验方法
• 4.2.2 试件制作
• 4.2.3 加载方式
• 4.2.4 试验材料性能
• 4.3 试验现象及机理分析
• 4.3.1 试件的破坏形式及过程
• 4.3.2 破坏机理分析
• 4.3.3 荷载一变形曲线
• 4.4 试验结果及数据分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 竹材与混凝土粘结滑移有限元分析
• 5.1 概述
• 5.1.1 有限单方法及ANSYS简介
• 5.1.2 常用的粘结滑移本构关系
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.3 试验结果与模拟分析对比
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 第一类顺纹抗拉试件尺寸及含水率记录表
• 附录B 第二、三类顺纹抗拉试件顺纹抗拉强度记录表
• 附录C 拉拔试件竹筋尺寸记录表