基于概率理论的工程胶合竹材设计指标研究

Based on existing research experiences obtained for structural used laminated bamboo, this research proposal intends to estimate the probability density function of basic mechanical properties for laminated bamboo, with further consideration of environment temperature, moisture content, service time and re-lamination surface of such structure elements. Meanwhile, considering the importance of connections in modern bamboo structures, the researchers will study the probability functions of connections as well as giving a design equation for this structure element. The final objective is that of arriving at a set of well-calibrated design equations that will allow to design complex structural systems in bamboo in the most safe and reliable manner. The results obtained in this research is essential for the purpose of including bamboo, a green and environment friendly construction material, into the existing mainstream design codes, such as Chinese and European design codes.

本项目拟在既有胶合竹材材性试验的基础上，进一步考虑结构使用环境温度、湿度及使用时间与二次冷压胶合面的影响，以概率理论为指导，获取结构用胶合竹材基本力学性能参数的概率特性、特征值与满足目标可靠度的设计值。同时，考虑到连接件在现代胶合竹结构中的重要作用，本项目还将研究连接件的概率特性并给出相应的连接件设计公式。相关设计公式可为下一步复杂工程竹结构的设计提供基础研究支持。相关研究旨在给出国产胶合竹材满足中国及欧盟结构设计规范要求的设计参考值，为把胶合竹结构这一绿色环保的新型结构形式，尽早的纳入国内外主流结构设计规范中做出贡献。

发展竹结构建筑是符合我国国情、促进国内优势资源的有效供给与利用、助力实现碳中和目标的可行举措，其具有巨大的应用价值。要在结构工程中大规模应用工程竹板材（竹胶合板、竹集成材等等），需要确定组坯工程竹板材满足我国国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068）要求的材性指标设计值。有鉴于此，本课题针对工程胶合竹材强度指标的概率特性，工程胶合竹的销槽承压强度与连接件性能的概率特性及其设计理论，工程胶合竹材的高温及耐久性能三个方面进行了研究。相关研究在试验数据的基础上，考虑材料具体的使用环境与使用寿命，通过基于试验结果的概率分析（design-by-test），获得其相应的设计指标（特征值，设计值）分位值。给出胶合组坯竹板材的各项力学指标，及其概率特性与特征值和设计值。确定了竹板材的嵌入强度值，给出了不同加载方向下基于工程竹板材密度和连接件直径的嵌入强度的回归方程。根据试验数据和计算方程，采用Eurocode EN1990规范附录D中给出的基于有限试验数据信息的概率计算方法（design-by-testing）获得了嵌入强度具有95%超越概率的特征值以及设计值。工程竹结构组坯板材防火与耐久性能研究的成果揭示了竹纤维优异的抗高温与抗老化性能，为后续研发成本较低，可靠实用的工程竹结构防火与耐久性提升技术提供了基础研究支撑。上述研究成果在国际学术期刊上发表了8篇高水平学术论文，且被多本规程、标准和图集采纳，为竹建筑技术标准体系和工程图集的完备做出了贡献。同时，相关研究成果在3个示范工程中得到了工程示范应用。