濕狀態(tài)下竹膠合板模板力學(xué)性能與數(shù)值模擬研究.pdf

1、竹膠合板模板是以毛竹為原料，將其加工成竹席和竹簾，并以竹席為面層材料，以縱橫交錯組坯的竹簾為芯層材料，經(jīng)干燥、浸膠、組坯、熱壓膠合而成一種竹材人造板。竹膠合板模板因其強(qiáng)度高、幅面寬、表面光滑、容易脫模、耐水、耐熱、耐磨和周轉(zhuǎn)次數(shù)高等特點(diǎn)，已在建筑領(lǐng)域大量推廣使用，替代木模板、鋼模板作高層建筑、橋梁、大壩、隧道施工的建筑模板。竹膠合板模板生產(chǎn)廠按照竹膠合板模板JG/T156—2004標(biāo)準(zhǔn)，提供的竹膠合板模板性能參數(shù)大都是干狀態(tài)下檢測的，而

2、建筑模板是在室外使用，且與堿性水泥砂漿直接接觸，因此以干狀態(tài)性能指標(biāo)作為模板強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)依據(jù)，勢必會給建筑施工帶來很大的不準(zhǔn)確性，模板性能計(jì)算取值應(yīng)考慮竹膠合板模板在吸水后的性能變化。因此，對濕狀態(tài)下竹膠合板模板的力學(xué)性能研究具有十分重要的意義。 本文以竹膠合板模板工業(yè)化產(chǎn)品作為對象，研究了竹膠合板模板主要力學(xué)性能隨含水率變化規(guī)律，研究結(jié)果表明：竹膠合板模板縱、橫方向靜曲強(qiáng)度和彈性模量均隨著含水率的增加呈現(xiàn)下降趨勢，在纖維飽和

3、點(diǎn)以上時性能趨于穩(wěn)定，下降幅度均達(dá)到40％以上；竹膠合板模板縱、橫方向沖擊強(qiáng)度均隨著含水率的增加略呈上升趨勢，含水率每增加1％，縱向沖擊強(qiáng)度約增加0.20kJ/m2，而橫向沖擊強(qiáng)度約增加0.12kJ/m2。本文首次利用回歸方程求解的方法，得出了竹膠合板模板纖維飽和點(diǎn)大致在19.21～23.27％范圍內(nèi)；研究了竹膠合板模板在干、濕兩種狀態(tài)下的縱橫方向蠕變特性，研究結(jié)果表明：竹膠合板模板的橫向蠕變量大于縱向蠕變量，濕狀態(tài)下的蠕變量顯著大于干

4、狀態(tài)。 利用正交實(shí)驗(yàn)方法研究了熱壓溫度、熱壓時間、熱壓壓力、施膠量和板坯含水率5個因素，在5個水平情況下的竹膠合板模板膠合性能以及干、濕兩種狀態(tài)下的縱橫方向靜曲強(qiáng)度、彈性模量和沖擊強(qiáng)度，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)建立了二次多項(xiàng)式響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型，共13個。對13個響應(yīng)面模型分別進(jìn)行了方差分析與顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明：13個響應(yīng)面模型都是極顯著的。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明：膠合性能響應(yīng)面模型的預(yù)測精度略低于其它模型，但整個模型組，除少數(shù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的預(yù)測值

5、與實(shí)驗(yàn)值相對誤差達(dá)到10～15％外，其它都在10％的相對誤差范圍內(nèi)，且所有13個模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相對誤差絕對值的平均值都在10％以下。 首次以干狀態(tài)下竹膠合板模板JG/T156-2004標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等品力學(xué)性能指標(biāo)為約束條件，以濕狀態(tài)下竹膠合板模板的力學(xué)性能為目標(biāo)，基于響應(yīng)面模型，利用改進(jìn)的Pareto多目標(biāo)遺傳算法對濕狀態(tài)下竹膠合板模板力學(xué)性能進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，獲得了10個Pareto解。同時，進(jìn)行了控制成本條件下的竹膠合板模板力學(xué)性

6、能的多目標(biāo)優(yōu)化和模型外延探索，并對部分優(yōu)化計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，對比結(jié)果表明：計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值的相對誤差絕對值的平均值在10％以下。 通過研究，對竹膠合板模板在濕狀態(tài)下的主要力學(xué)性能隨含水率變化規(guī)律有了全面認(rèn)識，構(gòu)建了一套竹膠合板模板力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了竹膠合板模板生產(chǎn)過程工藝因素與產(chǎn)品主要力學(xué)性能的數(shù)值模擬，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)者提供了先知決策的依據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)竹膠合板模板產(chǎn)品力學(xué)性能的智能化設(shè)計(jì)。此方法可以推廣到其它竹材人