考虑界面滑移的新型竹-混凝土组合结构力学行为与设计理论研究

Based on the early research on bamboo structures of applicant, the novel bamboo-concrete composite (BCC) structures are proposed to solve the problem of the stiffness control design for the ordinary bamboo structures system, and to enhance the bearing capacity and spanning ability of the bamboo structures. Bamboo-concrete composite structures make full use of the advantages of two kinds of materials of bamboo and concrete, with light weight, high rigidity and high bearing capacity, good fire resistance, sound insulation and durability, energy saving, low-carbon, and can be widely used in small-span bridges, low-rise and multi-storey building structures. This project aims to study the mechanical behavior and design theory of the new bamboo-concrete composite structures. Firstly, the mechanical properties of bamboo and concrete connection interface with different kinds of connectors will be researched through push-out shear tests. The load-slip relationship theory model will be established on common types of connectors. Second, four-point bending tests, model and theoretical analysis of bamboo-concrete composite structures with different parameters will be conducted, and the analytical theory of bamboo-concrete composite structures will be presented considering interface slip. Finally, long-term behaviour of bamboo-concrete composite structures will be investigated by long-term tests and model analysis, and the simplified and practical approach will be proposed for the long-term evaluation of bamboo-concrete composite structures. This research will contribute to the application of novel structures and theoretical development of the composite structures.

基于申请人对竹结构的前期研究，本项目提出新型竹-混凝土组合结构（BCC），解决普通竹结构体系刚度控制设计问题，提升竹结构的承载力及跨越能力。新型竹-混凝土组合结构充分利用了竹与混凝土两种材料的优点，重量轻、刚度大、承载力高，具有良好的抗火、隔声与耐久性能，节能、低碳，可广泛地应用于中、小跨径桥梁、低层及多层建筑结构。本课题旨在研究新型竹-混凝土组合结构的力学行为与设计理论，首先，通过推出试验研究不同连接件形式的竹-混凝土连接界面的力学性能，建立常用连接件类型的荷载-滑移关系理论模型；其次，通过不同参数下的竹-混凝土组合结构的抗弯试验及模型与理论分析，建立考虑界面滑移的竹-混凝土组合结构的计算理论；最后，针对竹-混凝土组合结构的长期力学性能，进行试验与模型分析，提出简单实用的竹-混凝土组合结构长期性能的分析方法。本课题研究有助于新型结构应用与组合结构的理论发展。

本项目在对竹材和竹结构受力性能的研究基础上，研究了增强竹结构及竹-混凝土组合结构的力学性能。具体进行了以下几个方面的工作：（1）研究了竹材在压缩、拉伸、弯曲荷载下的力学性能，建立了竹材的应力-应变关系计算模型。（2）研究了尺寸效应及不同偏心弯矩对竹材受压性能的影响，建立了考虑偏心弯矩影响的承载力计算方法。（3）采用推出试验的形式，研究了多组不同连接件形式、构造参数（凹口型、销栓型、凹口+销栓型）的竹-混凝土连接节点，提出了销栓型连接件的荷载-滑移关系计算模型。（4）研究了竹材受弯构件的增强技术，提出了配筋、纤维增强竹结构的理论分析方法。（5）完成了不同连接件形式、构造参数的竹-混凝土组合结构的试验研究，并与普通竹结构进行了对比分析，提出了竹-混凝土界面的滑移规律，建立了竹-混凝土组合结构的计算理论，提出了简便的竹-混凝土组合结构长期性能的分析方法。（6）完成了设置销栓型连接件的不同配筋参数的FRP-竹-混凝土组合结构的力学性能研究，研究了跨中截面应变沿截面高度分布的变化规律，对其组合效率提出了计算方法。基于研究成果，发表期刊论文19篇，其中，SCI收录论文4篇，EI收录3篇，申请专利8项，授权专利5项，其中，授权发明专利2项。