第一章 绪论

1.1 引言

建筑通常由多种材料构成。这些材料主要包括结构用材、装饰用材和其他材料。结构用材通常包括金属、水泥、木材、竹材、混凝土、塑料、砖块、石材等；装饰用材主要有各种油漆、涂料、贴面等；其他材料主要指有特殊用途的材料，如具有防水、防腐、防火等性能的材料。金属是最为常见的建筑材料，如奥运会主会场-鸟巢，就是以钢筋为主要材料建造而成的。金属具有强度高、韧性好、性能稳定，易于成型，加工方便等。这些特点也使得金属成为重要的连接件。尤其是不同种类材料间的连接，通常优先考虑采用金属连接。水泥也是常用的建筑材料。通常与其他材料一起使用，如钢筋或者其它纤维。随着竹、木材在建筑中的应用日益广泛，开展竹、木材与水泥连接方式的研究变得尤为重要。因为在现代结构建筑中，水泥通常是作为结构的基础。为了避免含水率及竹、木材腐朽等对结构的影响，在竹、木材与水泥之间采用钢筋衔接。木材是传统的建筑用材料，在古代建筑和现代建筑中，木材及其产品都得到了广泛应用。木材及木制品主要只用作梁，柱等框架结构。也用于装饰，如各种木地板，窗台等。我国木结构建筑历史悠久，建筑技术和建筑工艺均具有较高的水平。近年来，木材的供需矛盾日渐突出，木材资源出现极度的匮乏的局面。尤其是大径级及珍贵木材。

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1.2 研究背景

中国素有“竹子王国”之称。竹子分布面积和蓄积量均居世界第一，是世界上竹材资源最丰富的国家[4-5]。据统计，我国共有竹材约 40 余属，500 多种[6]。第八次森林资源普查统计结果显示，我国竹林面积为 601 万公顷，较第七次增长了 43%左右。木材是我国重要的工业原料[7]。第八次森林资源普查结果也显示出我国在大径级和珍贵树种上的严重缺乏，木材供需结构性矛盾仍将长期存在。在这种形势下，竹材是最理想的补充资源，并将发挥重要作用[8-9]。记载表明人类利用竹材的历史要利用早于木材[10]。早期，竹材主要被用于搭建住所、制作狩猎工具以及各类生活用品。如竹楼，弓箭，竹筒，竹杯、餐具等。随着科学技术的发展，竹材的利用已覆盖多个领域，如建筑、桥梁、装饰、家具、车辆、包装、运输、食品、化工、医药等。尤其是竹质工程材料的种类不断出现，进一步推动了竹基工程材料在建筑及桥梁等领域的使用，成为有效缓解木材供需矛盾的重要资源。如湖南耒阳新建的现代竹结构桥梁[11]；湖南大学还建有竹结构别墅。另外，竹质工程材料在模板工程和运输领域的应用也十分可观。据统计，我国已有 6 个省（市）自治区建成 14 条竹结构用材生产线，这些材料主要用于建筑模板，车辆及大型集装箱底板等，产生了巨大的经济效益[12]。此外，竹质工程材料在电力工程上也有重要应用，如国际竹藤中心江泽慧等利用竹单板制成风电叶片模型[13]。这些研究成果表明我国竹质结构工程材料已初步实现了产品化。

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第二章 胶合竹制备及主要性能

2.1 引言

竹材作为我国的特色资源[6]，具有分布范围广、生长周期短、力学性能优良等特点，并且可以实现一次造林、永续利用，成为填补我国木材资源短缺的最佳原材料。竹材与木材虽同属各向异性材料。但两者在外观形态，化学组成及结构等方面却有显著差异。与木材相比，竹材具有高强、高韧、易加工等特点，这为竹材的加工利用提供了坚实的基础。然竹材因自身的天然生物质属性及物理力学性能与化学组分的梯度差异，造就了明显的各向异性特征，如竹材径小，壁薄，中空，具有竹隔等，这些几何特征又增加了其加工利用的难度。正确认识和把握竹材的优缺点是竹材高效利用的关键所在。日前，我国竹产品已形成上百个系列，近万余种产品。产品应用覆盖面逐步扩大。现已广泛应用于建筑、家具、造纸、装饰、医药、包装、食品、纺织、化工、运输等领域。尤其是新型竹质工程材料的不断出现。这些材料要求自身结构均齐，尺寸精确稳定。为了满足这些要求，对竹材的加工通常基于以下几种方式[6]：（1）竹片法。主要利用竹壁的整个厚度。将竹材经加压展平或刨削加工成一定规格的竹片。竹片经施胶、组坯、压制而成。如竹材胶合板，竹材集成材[87-89]；（2）竹蔑法。将竹子沿着厚度方向剖分成一定宽度和厚度的竹篾。竹篾编席或编帘或直接利用，经沥胶、干燥、叠层组坯、热压固化而成的材料，如竹编胶合板，竹帘胶合板，竹篾层压板，竹材胶合模板等。

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2.2 胶合竹的定义

从加工工艺上看，胶合竹与竹材集成材都是基于竹片法加工而成，但两者在组坯方式上却有很大不同。竹材集成材在制备时，其表面层和底板层的竹片需要三面涂胶，即两个径切面和一个弦切面。而用于芯层的竹片需要四个面涂胶。组坯时按照设定的规格尺寸，以竹片径切面进行拼宽。再根据竹材集成材厚度的要求以弦切面作为粘接面拼厚，拼厚时注意上下层竹片错位排列，如图 2-1a 所示。竹材集成材可以分块组坯，也可以根据压机幅面的大小整块的组坯。组坯后经热压一次成型。竹材集成材一般具有一定的长度、宽度以及厚度。而在胶合竹制备中，同种规格的竹片干燥后一部分采用浸胶处理。组坯时，以浸胶竹片和非浸胶竹片的弦切面作为粘接面交替进行拼宽，这样可以降低胶黏剂的用量。拼接时采用错缝接长的方法进行拼长。热压时采用双向连续热压，即采用垂直板面加压和平行板面加压。采用这种方法制备的胶合竹层板的长度不受限制。胶合竹层板经过锯断、刨切等工序加工成一定规格的胶合竹层板。再对胶合竹层板进行应力分等。分级后的竹层板经过涂胶、多层组坯，冷压成型制备出胶合竹，如图 2-1b 所示。胶合竹的长度、宽度以及厚度均可以根据需要灵活的设计。

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第三章 胶合竹植筋连接抗拔强度....52

3.1 引言 ....... 52

3.2 试验材料与方法 ..... 53

3.3 边距对胶合植筋性能的影响.... 58

3.3.1 试验设计........ 58

3.3.2 实验结果与分析........ 58

3.4 植筋杆直径及植入深度对植筋连接性能的影响 ....... 62

3.5 本章小结 ..... 71

第四章 植筋强度理论与模型......72

4.1 引言 ....... 72

4.2 胶合植筋连接主要理论 ..... 72

4.3 胶合竹植筋连接断裂能的计算 ..... 77

4.4 胶合竹植筋连接剪应力分布 ......... 79

4.5 破坏载荷的理论值与试验值的对比分析 ....... 81

4.6 植筋连接模型.... 83

4.7 本章小结 ..... 89

第五章 植筋连接结构断裂行为........91

5.1 引言 ....... 91

5.2 柔度法 ......... 91

5.3 实验设计 ..... 93

5.4 柔度及临界载荷 ..... 95

5.5 结果与分析 ....... 99

5.6 本章小结 ......... 102

第五章 植筋连接结构断裂行为

5.1 引言

本试验采用双端拉伸的方法。试件的制作方法与第三章 3.2.2 中的方法相同。试件的规格为：432 mm*80 mm*80 mm（长×宽×厚）。在植筋时，为了较为精确的控制植入深度和预制裂纹长度 a，预先在测试端植筋杆上缠绕一层聚四氟乙烯。双端拉伸试件的示意图如图 5-6 所示，图中 Lt 为试件的长度（432 mm），L 为测试端孔深，a 表示预制裂纹的长度，l 表示植筋杆实际植入深度。d 表示植筋杆直径（12 mm），Dh为支撑端孔径，ls为支撑端植入深度（ls=1.2L），Ds 为支撑端植筋杆直径(Ds=1.5L)。试件的基本尺寸见表 5-1。

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结论

本研究采用的胶合竹，是一种新型工程材料，达到工程木的设计和制造要求。有明确的性能指标，其性能可设计，产品的质量可控制。胶合竹设计和制造的关键在于竹层板的制备及应力分等。胶合竹层板的制备采用竹片错缝接长技术。制备的胶合竹层板长度不受限制，且物理力学性能良好。胶合竹层板应力分级参照美国胶合木层板的分级标准 AITC 117，模量分级方法参照 AITC Test116，将胶合竹层板分为七个等级。这为胶合木的设计和制造奠定了基础。按照胶合木制造标准 ANSI A190.1 并结合 ASTM D245，ASTM D3737 等制造的胶合竹能够满足设计的要求。在结构中应用胶合竹，需要建立系统的连接方法。包括连接方式、连接节点的强度设计准则、连接节点的设计理论、、以及断裂力学和破坏模式的分析。木结构建筑中常采用的连接方式有齿板、裂环、榫卯连接、螺栓连接、金属件连接以及胶合植筋连接。在我国胶合植筋连接技术多应用在钢筋混凝土结构建筑，而在木结构中的应用还较少。对该项连接技术的作用原理、主要影响参数和破坏模式的研究还不够深入。而在国外胶合植筋连接技术已十分成熟。虽然没有统一强度设计标准。但各国的研究给出了不同的连接强度的设计模型。胶合竹与胶合木虽然力学性能相似，但毕竟存在某种差异。胶合植筋连接技术不能照搬胶合木植筋技术。

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参考文献（略）