侧压竹集成材柱轴心受压试验研究.pdf

第 45 卷第 4 期2023 年 8 月Vol.45 No.4Aug.2023土 木 与 环 境 工 程 学 报（中 英 文）Journal of Civil and Environmental Engineering侧压竹集成材柱轴心受压试验研究谢亚孜,陈伯望,刘哲,王柳,邓谋韬（中南林业科技大学 土木工程学院，长沙 410004）摘要：竹集成材是一种将竹片用胶黏剂胶合后压制而成的型材，侧压竹集成材具有良好的受力性能。为了探究侧压竹集成材柱的轴心受压性能，对 6组 18个不同长细比的试件进行轴心受压试验，分析其承载力、应变、侧向位移、轴向位移与长细比之间的关系，并探讨不同长细比试件的破坏形式。结果表明：侧压竹集成材柱的受力过程经历了弹性、弹塑性和破坏阶段，随着长细比的增大，从材料强度破坏向失稳破坏转变，材料破坏具有明显的延性性质。将试验结果与现行规范的计算结果进行比较分析，提出了侧压竹集成材柱的轴心受压承载力计算公式，计算值与试验值吻合较好。关键词：侧压竹集成材；竹结构；轴心受压；长细比；承载力中图分类号：TU366.1 文献标志码：A 文章编号：2096-6717（2023）04-0146-08Experimental study on side-pressure laminated bamboo column under axial compressionXIE Yazi，CHEN Bowang，LIU Zhe，WANG Liu，DENG Moutao(College of Civil Engineering,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,P.R.China)Abstract:Laminated bamboo lumber is a bamboo material that flat laminates are glued by adhesives and co MPacted into mould.Side-pressure laminated bamboo lumber has a good mechanical property.In order to explore its mechanical properties under axial compression,an experimental study was carried out in 6 groups of 18 specimens with different slenderness ratio.The relationships between various parameters(bearing capacity,strain,lateral displacement and axial displacement)and slenderness ratio were analyzed,and the failure modes of specimens under different slenderness ratios were discussed.The results indicate the mechanical process of side-pressure laminated bamboo lumber has experienced the stages of elasticity,elastic-plastic and failure.With the increase of slenderness ratio,the failure mode changes from material strength failure to buckling failure,and the material strength failure has obvious ductility property.The comparison between experimental results and various specifications was made to put forward the formula of bearing capacity under axial compression of side-pressure laminated bamboo lumber,and the calculated values agree well with the experimental values.Keywords:side-pressure laminated bamboo；bamboo structure；axial compression；slenderness ratio；bearing capacityDOI：10.11835/j.issn.2096-6717.2021.118收稿日期：20210218基金项目：湖南省创新创业技术投资项目（2019GK5087）作者简介：谢亚孜（1996-），女，主要从事竹结构研究，E-mail：。陈伯望（通信作者），男，博士，教授，E-mail：。Received:20210218Foundation item:Innovation and Entrepreneurship Technology Investment Project of Hunan Province(No.2019GK5087)Author brief:XIE Yazi(1996-),main research interest:bamboo structure engineering,E-mail:.CHEN Bowang（corresponding author）,PhD,professor,E-mail:.开放科学（资源服务）标识码OSID:传统结构如钢结构、混凝土结构、砌体结构等虽然材料强度高，但生产和使用过程不环保，所以开发新型环保建筑结构材料是必然趋势。竹材具有可再生、易降解、生长周期短等优点，是一种优质的绿色建筑结构材料，以竹代木可以减少对森林的破坏，有利于维持生态平衡。中国竹资源丰富，主要分布在云南、贵州、湖南等长江以南的经济欠发达地区，发展竹结构有利于促进当地产业发展，提高当地经济水平1。传统竹结构主要是以原竹为主要材料，但原竹几何尺寸受限且受力性能不稳定，不能满足现代建筑结构材料的要求，所以需要把竹材加工成重组竹、竹集成材及格鲁斑一类的工业竹材2-5。竹集成材是将竹材去青去黄后加工成定宽定厚的竹片，干燥至含水率为 8%12%，再通过胶黏剂将竹片胶合，然后压制而成的一种型材。竹集成材有竹片条平置、窄面胶合的平压型和竹片条侧立、宽面胶合的侧压型两种。平压竹集成材强度相对较低，多用于家具制作；侧压竹集成材力学性能较好,可用于各种结构构件6。学者们对竹集成材的力学性能进行了一些相关研究，结果表明，侧压竹集成材顺纹抗拉和抗压强度均较高，是一种力学性能良好的材料7-11。学者们对现代竹结构材料的受压性能进行了研究。李海涛等12研究了侧压竹集成材的受压应力应变关系，探讨了其受压破坏机理并提出了相应的受压应力应变模型。苏靖文等13研究了竹集成材方柱墩各向轴心受压的破坏机理，并建立了适用于3 个方向的荷载轴向位移关系模型。肖岩等14开展了不同长细比的格鲁斑胶合竹柱轴心受压试验研究，并将试验结果与不同规范中的理论结果进行比较，提出了相应的设计建议。刘玉琪15研究了重组竹轴心受压的破坏形态与破坏机理，并提出了相应的极限承载力计算公式。张苏俊等16探究了重组竹柱受压破坏形态，并将试验得到的压杆稳定承载力和理论计算的临界荷载相比较。王骁睿17提出了重组竹矩形截面构件在压弯荷载作用下的极限承载力非线性计算方法。方佳伟18探究了胶合竹柱长细比与极限承载能力的变化规律和加载过程中试件侧向与轴向位移、应变随荷载的变化曲线。目前，学者们对侧压竹集成材柱的受压力学性能及承载力计算方法研究较少，笔者以长细比为变量，设计了 6 组共 18 根试件对侧压竹集成材柱的轴心受压性能进行研究。1试验概况1.1试件设计与测点布置材料来源于湖南桃花江竹材科技股份公司，考虑长细比的影响，设计 6 组试件，每组 3 个，截面尺寸均为 60 mm60 mm，各组试件长度分别为 200、400、600、1 000、1 200、1 600 mm。以长细比最小的试件为基准，试验测得足尺构件的顺纹抗压强度平均值为 68.47 MPa，并根据试件荷载应变关系曲线弹性阶段的斜率，算得抗压弹性模量为 11 855.8 MPa，含水率为 6.3%，密度为0.640 g/cm3。在试件 4个侧面的中央各粘贴一片纵向应变片来测定试件截面中央的顺纹应变值，同时，在 4个侧面的长度中央垂直于侧面各设一个量程为 100 mm的位移计来测定试件的侧向位移。1.2试验装置与加载制度根据 木结构试验方法标准（GB/T 503292012）19进行试验设计。采用 5 000 kN 微机控电液伺服压力试验机进行加载，为保证试件全截面均匀受压，最短的 A0组和 A 组试件两端不采用支承装置，B 组E 组试件两端的加载支承装置采用如图 1所示的双向刀铰支座。荷载和轴向位移数据均由机控电液伺服压力试验机导出，侧向位移数据用位移计测量，应变和侧向位移数据采集选用 DH3818静态应变测试系统，以 5 s/次的速度记录数据。加载装置如图 2 所示。为保证试件轴心受压，采用几何对中与物理对中相结合的方法。采用几何对中时，应保证试件截面中心、刀铰中心和压力机中心在同一纵轴上。采用物理对中时，应在预加载过程中观察四面的应变值，并不断调整试件位图 1双向刀铰装置图Fig.1Two-way knife hinge device diagram图 2加载装置图Fig.2Loading device diagram第 4 期谢亚孜，等：侧压竹集成材柱轴心受压试验研究传统结构如钢结构、混凝土结构、砌体结构等虽然材料强度高，但生产和使用过程不环保，所以开发新型环保建筑结构材料是必然趋势。竹材具有可再生、易降解、生长周期短等优点，是一种优质的绿色建筑结构材料，以竹代木可以减少对森林的破坏，有利于维持生态平衡。中国竹资源丰富，主要分布在云南、贵州、湖南等长江以南的经济欠发达地区，发展竹结构有利于促进当地产业发展，提高当地经济水平1。传统竹结构主要是以原竹为主要材料，但原竹几何尺寸受限且受力性能不稳定，不能满足现代建筑结构材料的要求，所以需要把竹材加工成重组竹、竹集成材及格鲁斑一类的工业竹材2-5。竹集成材是将竹材去青去黄后加工成定宽定厚的竹片，干燥至含水率为 8%12%，再通过胶黏剂将竹片胶合，然后压制而成的一种型材。竹集成材有竹片条平置、窄面胶合的平压型和竹片条侧立、宽面胶合的侧压型两种。平压竹集成材强度相对较低，多用于家具制作；侧压竹集成材力学性能较好,可用于各种结构构件6。学者们对竹集成材的力学性能进行了一些相关研究，结果表明，侧压竹集成材顺纹抗拉和抗压强度均较高，是一种力学性能良好的材料7-11。学者们对现代竹结构材料的受压性能进行了研究。李海涛等12研究了侧压竹集成材的受压应力应变关系，探讨了其受压破坏机理并提出了相应的受压应力应变模型。苏靖文等13研究了竹集成材方柱墩各向轴心受压的破坏机理，并建立了适用于3 个方向的荷载轴向位移关系模型。肖岩等14开展了不同长细比的格鲁斑胶合竹柱轴心受压试验研究，并将试验结果与不同规范中的理论结果进行比较，提出了相应的设计建议。刘玉琪15研究了重组竹轴心受压的破坏形态与破坏机理，并提出了相应的极限承载力计算公式。张苏俊等16探究了重组竹柱受压破坏形态，并将试验得到的压杆稳定承载力和理论计算的临界荷载相比较。王骁睿17提出了重组竹矩形截面构件在压弯荷载作用下的极限承载力非线性计算方法。方佳伟18探究了胶合竹柱长细比与极限承载能力的变化规律和加载过程中试件侧向