新型BFRP增强竹结构受力性能及设计理论研究

采用现代竹质工程材料的现代竹结构，充分利用我国丰富可快速再生的竹林资源，具有轻质高强、节能环保、抗震性能优越等特点，在我国房屋和桥梁工程中已经开始试点和推广应用。玄武岩纤维复合材料（BFRP）增强的新型复合竹结构能够进一步改善结构构件承载力、刚度以及抗震抗疲劳等方面的受力性能，提高材料利用率，拓展竹结构的应用领域。本项目拟将竹材重组材和层积材分别与BFRP布复合，进行粘结性能试验，分析提出BFRP与竹界面的粘结-滑移本构关系，讨论剥离破坏机理；将BFRP布与BFRP筋同竹材复合制作受弯试件，进行试验研究和理论分析，提出受弯承载力和抗弯刚度表达式以及构造建议；对预张BFRP布与先张法预应力BFRP筋复合竹梁进行受弯试验和理论分析，提出张拉力建议值、预应力损失计算方法以及预应力BFRP复合竹梁的受弯极限承载力、抗弯刚度表达式和构造建议。

本项目在对竹材和竹结构受力性能的研究基础上，采用玄武岩纤维复合材料（BFRP）增强竹结构，研究开发了复合工艺，进行了预应力和非预应力复合构件的试验研究。具体进行了以下几个方面的工作：.（1）采取了不同尺寸竹材进行材性试验，通过测定竹材的抗拉抗压强度以及弹性模量，揭示出竹材的受力性能存在明显的尺寸效应；.（2）通过振动台试验和节点低周反复试验，研究了竹结构及节点的抗震性能，对竹结构及其结点进行了优化，并提出了设计和构造建议；.（3）开发了应用于复合结构的空间网格BFRP模具；.（4）对BFRP增强竹材的复合工艺进行了成功的研究开发，制备了分别采用BFRP布和BFRP筋的预应力和非预应力复合竹梁构件，尤其是成功采用采用一次成型方法复合BFRP筋和竹材，同时采用先张法手段在竹构件中实施预应力，表明BFRP复合预应力竹结构简易可行，存在工业化生产的实现可能；.（5）通过一次成型BFRP筋复合竹材的界面粘结性能试验，得到了粘结破坏形式和典型荷载滑移曲线，分析了粘结应力分布情况；就一次成型复合方法得到的粘结应力值与嵌入式复合方法进行了比较，表明前者的粘结性能优于后者；分析了一次成型方法的粘结机理，并给出了张拉预应力取值和锚固计算建议；.（6）区别竹梁的高宽比、BFRP布和BFRP筋以及BFRP布的粘结层数等因素，进行了复合梁受弯试验，结果表明BFRP复合有效提高了竹梁的极限承载力、刚度和延性；随着BFRP布层数的增多或者竹梁高宽比的下降，BFRP的增强效果随之增强；.（7）根据竹材材性试验结果拟合出竹材的本构关系，推导出梁在不同破坏形式下的极限承载力计算公式，并将试验值与计算值进行了比较，两者吻合得很好。.（8）通过双剪试验，研究了BFRP布使用不同胶粘剂胶合竹材时的界面粘结性能，得到了两种界面破坏模式，并且均具有较好的粘结性能；通过分析BFRP应变分布图及剪应力分布图，提出了BFRP与竹材粘结的有效粘结长度建议值以及锚固构造。.（9）实现预应力BFRP复合竹梁的预应力张拉，研究BFRP布张拉过程中的应变变化，从中总结分析了预应力损失的种类和损失机理，并初步探讨了损失计算方法。. 在以上研究基础上，发表论文11篇，其中SCI、EI检索9篇，并申请发明专利和实用新型专利各1项。