竹材集成材建筑结构柱破坏机理研究

As there is no related specification for designing the laminated bamboo frame structure now, experimental study and analysis on the laminated bamboo columns will be done in this project. The methods such as experimental study, theory study and numerical simulation will be taken for the project. The basic mechanical properties as well as the influecing factors will be studied for the laminated bamboo lumbers, then the strain-stress relationship model and failure criterion will be set up. The long column and short column will be defined through experimental study and analysis. Then the inner relationship between the crack pattern, scale and extend law and the stress field changes will be studied. In addition, The failure mechanism for the axial compression long column and short column as well as eccentric compression column will be revealed. The quantitative relationship between the damage status and the design parameters will be established for the laminated bamboo building structure column. Finally, the load calculation model for the axial compression long column and short column as well as eccentric compression column will be put forward. Based on the experimental study and analysis, the design ways and suggestions will be proposed for the columns. The research results can supply experimental data and theoretical basis for developing the related codes and standards for the bamboo buildings and for the promotion and application of modern bamboo building structure.

本项目针对目前国内外没有竹材集成材建筑结构设计相关规范的现状，围绕竹材集成材建筑结构柱展开试验研究与分析。该项目采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的技术路线和方法，探索结构用竹材集成材的基本力学性能及多种因素对其基本力学性能的影响，建立结构用竹材集成材应力应变关系及破坏准则；通过对竹材集成材建筑结构柱的试验研究与分析，界定出长柱和短柱；研究裂缝形态、尺度及扩展规律同破坏过程应力场变化的内在联系，揭示轴心受压长柱、短柱及偏心受压柱的破坏机理；建立竹材集成材建筑结构柱各损伤状态与设计参数的量化关系；分别提出竹材集成材建筑结构轴心受压短柱、长柱及偏心受压柱的力学计算模型；在试验研究和分析的基础上，给出竹材集成材建筑结构柱的设计方法和建议，为将来竹建筑有关规范和标准的制定，为现代竹建筑结构的推广和应用提供试验资料和理论基础。

竹集成材是将速生、短周期（通常3-5年）的竹材加工成定宽、定厚的竹片，干燥至8-12%的含水率，再通过胶粘剂将竹片同方向胶合成任意长度、任意截面的型材（通常为矩形断面或方形断面）。这种型材强度高，能满足多层建筑结构对材料物理力学性能的需求，可大规模应用于建筑结构的梁和柱，解决一般多层木结构建筑需要大径级天然木材的技术难题。针对目前国内外没有竹集成材建筑结构设计相关规范的现状，本文围绕竹集成材柱力学性能展开系列试验研究与分析。.本项目研究了竹集成材拉、压、弯、剪等基本力学性能，构建了竹集成材简化及精细应力应变本构模型；研究了制作工艺（平压、侧压、平侧相间等）、原竹部位、加载方向、试件尺寸等因素对竹集成材轴压短柱力学性能的影响规律；竹集成材在破坏过程中表现出五种典型的损伤形式，即胞壁层面损伤与层裂、胞壁屈曲与塌溃、微裂隙损伤区的形成与扩展、胶结界面损伤、胞壁断裂；考虑长细比、偏心距等因素的影响，研究了竹集成材柱破坏机理，给出了长柱和短柱的破坏特点，给出了大偏压试件和小偏压试件的破坏特点，给出了侧向变形公式、稳定系数计算公式、偏心距影响系数公式和对应极限承载力计算公式；基于竹集成材偏压柱应力应变关系模型，三种破坏模式下竹集成材偏压柱承载力计算公式；给出了相关设计建议。本项目的研究成果，丰富了竹集成材构件设计相关基本理论，推动了该领域相关研究的发展。相关研究成果为将来竹集成材结构设计相关标准或规范的制定，为竹集成材优化结构的设计、推广和应用提供试验资料、理论基础和科学依据。.本项目公开发表学术论文10篇，其中SCI论文6篇，EI论文3篇，核心期刊论文1篇；获得授权发明专利6项，实用新型专利6项。培养研究生4名。参加过国内外10多次学术交流，广泛宣传科研成果，提高研究成果的影响力。并同相关企业开展产学研合作，实现了相关科研成果的转化。