重組竹物理力學性質基礎研究.pdf

1、重組竹是將竹材疏解成通長、相互交聯(lián)并保持纖維原有排列方式的疏松網(wǎng)狀纖維束，經(jīng)干燥、施膠、組坯成型后熱壓而成的板狀或其他形式的材料。重組竹強度高且原材料來源豐富，在建筑結構中有較好的推廣應用前景。雖然高強度重組竹已經(jīng)在示范建筑中得到應用，但是由于其材料性能、力學性質影響因素以及特征值、設計值未知，因此在建筑中的推廣受到限制，研究重組竹強度性質，對于重組竹材結構利用，以及在木結構中的推廣具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本論文采用工廠生產(chǎn)、竹

2、纖維束經(jīng)過碳化處理的成品重組竹，對其氣干密度、全干密度、抗拉強度(UTS)、抗拉彈模、順紋壓縮強度(UCS)、橫紋局部壓縮強度、抗彎強度(MOR)、抗彎彈模(MOE)和剪切強度(SS)性質進行研究，探討重組竹力學性質的影響因素，確定其力學性質特征值的取樣方法和計算方法。具體結論如下:
　　1.采用非參數(shù)法選取各力學性質的49個百分位值，通過線性模型和非線性模型（冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)）的擬合，建立了重組竹不同力學性質間關系式，得到關系模

3、型擬合優(yōu)度，并對模型精度進行檢驗。
　　2.重組竹力學性質影響因素分析研究:
　　(1)含水率對重組竹力學強度影響較大。力學強度隨含水率的增加而降低，降幅明顯，呈直線下降，對彈性模量影響不大。
　　(2)重組竹密度與力學性質間關系擬合較好，冪函數(shù)與一元線性函數(shù)擬合精度均較高，推薦使用一元線性函數(shù)對密度和力學性質間關系進行擬合。光學顯微鏡圖片顯示膠黏劑含量是影響重組竹密度的重要因素，竹材細胞壁撕裂程度影響膠黏劑滲入量。<

4、br>　　(3)紋理角度影響重組竹力學性質。重組竹力學強度隨紋理角度的增加而降低，斜紋理承壓試樣破壞模式分0°-10°順紋褶皺破壞，20°-50°剪切破壞，60°-90°橫紋受壓破壞。斜紋理力學性質預測模型中，GB50005預測值高于實測值，Norris公式低于預測值，Hankinson公式預測值與實測值接近，不推薦使用GB50005對重組竹力學強度進行預測。最大應力理論解釋了破壞模式的劃分，0°-10°破壞由材料縱向壓縮強度決定，20

5、°-50°由剪切強度決定，60°-90°由橫紋壓縮強度決定。
　　(4)密度和紋理角度的耦合能夠提高重組竹斜紋理承壓強度預測精度。二維模型預測值精度遠高于一維模型精度，試樣密度接近平均密度時，相對誤差減小。
　　(5)重組竹力學性質受溫度影響較大。隨溫度的升高，力學性質呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。經(jīng)過高溫處理的重組竹顏色逐漸加深，且細胞壁裂紋增加。高溫處理重組竹斷裂方式能夠判斷重組竹力學強度大小，當壓縮試樣纖維整齊斷裂時，處理溫

6、度為170℃，力學性質達到最大值。傅里葉紅外光譜顯示170℃為膠黏劑熱分解臨界狀態(tài)，固化程度最高，此時力學性質最大。
　　(6)重組竹取樣和測試方案對力學性質有顯著影響。將物理力學試樣在每張板材上循環(huán)設計取樣，保證各性質試樣在板材每個部位均有分布。重組竹板材中間區(qū)域和邊沿區(qū)域物理力學性質間具有顯著性差異，中間區(qū)域內(nèi)部和邊沿區(qū)域內(nèi)部差異性不顯著。
　　3.重組竹物理力學性質特征值確定方法研究。正態(tài)分布不能擬合重組竹物理力學性質

7、分布情況，對數(shù)分布和威布爾分布能夠較好擬合重組竹物理力學性質數(shù)據(jù)分布。氣干密度、全干密度特征值分別為1.004g/cm3、0.974 g/cm3，拉伸強度和拉伸彈模特征值為119.69MPa、24.46GPa，順紋抗壓強度、橫紋局部抗壓強度特征值為85.65MPa、23.41MPa、39.90MPa，彎曲強度、彎曲彈模特征值為151.57MPa、23.4GPa，剪切強度特征值為37.33MPa。
　　4.重組竹物理力學性質誤差隨樣