【毕业学位论文】Glubam 材料的性能研究与应用-现代竹木及组合结构博士论文

学校代号 10532 学 号 分 类 号 密 级 博士学位论文 料的性能研究与应用 学位申请人姓名 杨瑞珍 培 养 单 位 湖南大学土木工程学院 导师姓名及职称 肖岩 教授 学 科 专 业 结构工程 研 究 方 向 现代竹木及组合结构 论文提交日期 2013 年 10 月 10 日 学校代号 ： 10532 学号： 级： 湖南大学博士学位论文 料的性能研究与应用 国家自然科学基金重点资助项目 项目编号： 50938002 学位申请人姓名： 杨瑞珍 导师姓名及职称： 肖岩 教授 培养单位 ： 湖南大学土木工程学院 专业名称 ： 结构工程 论文提交日期 ： 2013 年 10 月 10 日 论文答辩日期 ： 2013 年 12 月 1 日 答辩委员会主席： 金伟良 教授 on (2007 (2009 A in of in 2013 料的性能研究与应用 要 随着全球工业化的发展，人类赖以生存的自然环境遭受到了严重的破坏。其中，建筑行业的发展对自然环境的影响不可忽视。钢筋水泥等建筑材料的生产和应用都对自然环境造成了不小的负担。全球植被覆盖面积日益减少，森林资源被侵蚀，气候环境日益恶劣。在这样的大背景之下，人类对绿色建筑的需求日益迫切。绿色建筑需要我们发展绿色建筑材料，采用绿色的建造方法以及运营和维护体系。 本文即从绿色材料的角度， 以一种新型的竹材复合材料 对象，对其环保性能、力学性能以及应用等方面进行研究。 首先，文章对现代竹结构的概念进行了简单介绍。现代竹结构是在现代木结构、钢结构等结构形式基础上发展出来的一种新兴结构体系。现代竹结构所采用的主要建筑材料为胶合竹材。而 料是胶合竹材中一种典型的材料。作者对其在我国的发展概况、生产、应用及未来发展进行了阐述。 然而， 是胶合竹材的一种。为了对目前存在的胶合竹材有更全面的了解，且体现 料的特点，在第二章中作者对目前在研究和生产领域出现的胶合竹材进行了分类介绍，包括其材料特点、研究和应用情况等。 其次，作为一种新型建筑材料， 环保性能是研究的一个重要方面。本文通过对湖南炎陵县一家胶合竹材生产企业的调研，获得了从原材料获取到生产、加工、运输方面的数据信息。并以调研企业为例，对胶合竹材的综合生产能耗和二氧化碳排放系数进行了计算、分析。调查和分析结果表明，该厂生产的胶合竹材综合能耗和二氧化碳排放系数与其他建筑材料相比具有明显的优势。 最后，以一座 行桥为例，比较了对应的胶合木、钢材、钢筋混凝土人行桥建造的能量消耗与碳排放，进一步体现了 为建筑材料在环保方面的优越性。同时，作者对目前胶合竹材生产中存在的弊端和未来的发展方向给出了建议。 在第四章中，作者对 合竹材的基本力学进行了试验研究和分析，包括抗拉强度，抗压强度，抗弯强度、抗剪强度以及弹性模量等。由于 以在板材纵向和横向都进行了试验。通过对试验数据的分析和与木材、木基复合材料以及其他胶合竹材的对比，表明 一种具有良好的力学性能的竹材复合材料，完全能够应用于建筑结构领域。再次，在对 本力学性能研究的基础上，综合目前木材本构关系的相关研究成果，得出了较适合于 料的应力应变关系。然后，根据试验的结果，以及调整后的容许应力折减系数，得出了 容许设计应力，并与几种结构复合木材进行了对比。对比表明 学参数与其他木材复合材料相当甚至更优。最后，在木结构极限状态设计法的基础上，对博士学位论文 材小试样强度标准值进行了调整，得到了其极限强度设计的建议值。 第五章在 料偏轴试验的基础上，对其进行了破坏分析。为了对合竹材在偏轴受力情况下的力学性能进行研究， 文章对纵横向纤维比为4:1 的典型 料进行了偏轴试验研究。作者根据实验数据，并基于4:1合板双向纤维分布的特性，在一系列假定的基础上得到了改进的汉金森公式。它能够更好地预测 4:1材在偏轴抗拉条件下的强度。针对合竹材的双向受力性能，作者应用蔡吴失效理论对其进行了分析，并得到了对应的破坏包络线。与试验值对比，发现由于 向纤维分布的特点，在偏轴方向的试验点均处于包络线的内部。因此作者给出了近似方法来获得双向纤维分布的 料破坏包络线。最后，从层叠复合材料的角度，应用经典层合板理论对 层叠特性进行了分析。 第六章对胶合竹材单螺栓连接进行了试验研究，结果表明顺纹试件具有较高的承载力且延性较好，且随着试件端距和边距的不断增加，承载力基本呈逐渐上升的趋势。随后对试件受力进行了理论分析和有限元分析。理论分析和有限元分析都表明，当边距和端距较小时，螺栓孔侧面板材所提供的刚度不足，容易由于应变过大而引起试件破坏；随着端距的不断增大，螺栓孔承载能力明显增强，但是边距的增大对承载能力提高的规律不是很明显。 综合上述的 造特点、环保性能、力学性能、破坏性能以及螺栓连接等方面的分析，本文认为 一种能够被广泛地应用于建筑结构中绿色环保材料，在设计、加工、应用方面有待进一步提升但具有较大潜力。本文所提到的一些研究方法、试验方法以及所得的数据基本可靠，可以为相关规范的编制及工程应用等提供参考。 关键词：现代竹结构；胶合竹材； 保性能；力学性能；失效分析；螺栓连接；有限元分析 料的性能研究与应用 of we on It to be a on of to of of we to on of is is on of as is a . is of in , As a s is a , of a As an In in , is in to as is 士学位论文 a on of of is to of is to be in is or on in of to on . s of :1 to in of of :1 an is on is at :1 s of is to do it is in of So a is to of At of as , is of of is of to of of of of t to of of on on 料的性能研究与应用 is as a be in At no in or it is is a be in up or of 士学位论文 录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用说明书 . I 摘要 . .图索引 . X 附表索引 . 1 章 绪论 .代竹结构简介 . 概念 . 木结构发展现状与发展现代竹结构的必要性 . 现代竹结构的研究现状及特点 .合竹材简介 . 胶合竹材的概念及我国人造板发展概况 . 胶合竹材的生产 .究背景与现状 . 研究背景 . 我国竹材复合材料的研究现状 . 国外竹材复合材料的研究现状 .题来源 . 11 要研究内容和目的 . 11 第 2 章 胶合竹材种类介绍 .合竹材（ .行层竹材 (.合竹材的其他种类 . 竹席胶合板 . 竹帘胶合板 . 竹席竹帘复合胶合板 . 竹材复合板 . 其他 .章小结 . 3 章 保性能的研究 .究背景与意义 . 建筑材料对自然环境的影响 .料的性能研究与应用 究意义 . 调研企业简介 .合竹生产调查 .胶合板生产能耗研究 . 胶合板生产综合耗能计算 . 胶合板生产单位产量的综合耗能计算 . 企业能耗计算表 .氧化碳排放研究 . 二氧化碳排放计算 . 与其他几种建筑材料的对比 .合竹材梁桥建设耗能及碳排放实例分析 . 工程简介 . 工程建设能耗计算与碳排放计算 .章小结 . 4 章 力学性能与本构关系研究 .黏剂 .合竹材的基本力学性能 . 抗压性能 . 抗弯性能 . 抗拉性能 . 抗剪性能 .合竹拉压本构关系 . 应力 . 竹材和 应力 .设计值建议 . 容许应力法（ . 极限状态设计法（ . 荷载抵抗系数设计方法（ .他几种胶合竹材力学性能及比较 .章小结 . 5 章 失效与层叠特性分析 .坏理论 . 汉金森（ 式 . 蔡吴（ 效理论 . 最大应力理论（ .士学位论文 希尔（ 坏理论 .合竹材的偏轴拉伸强度 . 偏轴受拉分析 . 改进的汉金森公式 .合竹的失效椭圆 . 12F 值的获取 . 失效椭圆 .叠特性分析 . 经典层合板理论 . 层合板代码 . 合板受力分析 .章小结 . 6 章 栓双剪抗拉连接试验研究与分析 .结构常用连接形式 .剪连接模型理论 .螺栓双剪连接抗拉试验 . 试验设计 . 试验结果 .验结果分析 . 分析模型 . 胶合竹材的螺栓连接脆性破坏预测 .限元分析 . 胶合竹材的本构模型与破坏准则 . 有限元模拟 .章小结 .论与展望 .