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原竹作为主要建筑材料的优劣性及其施工工艺竹建筑在世界建筑业中是一个非常有特色、有潜力的产业，下面是小编搜集整理的一篇探究原竹作为主要建筑材料优劣性的，欢迎阅读参考。
从系统科学的角度讲，建筑结构是一个由各种构成元素有机地连接在一起的体系[1]。
这些建筑结构元素涵盖了构件、节点以及它们之间的组合方式;一种结构体系中的构成系统都是元素与元素之间相互关系、相互作用的结果。
原竹作为一种基础的建筑材料，在一定程度上可以承载构造体系乃至结构体系内绝大部分的角色。
作为建造材料的原竹具有这种双重特性，它的内在综合性的理应受到重视开发普及。
一.原竹作为主要建筑材料的优劣性(一)原竹建材的优势1.取材便捷。
竹子是森林资源之一。
全球竹类植物约有107多属1300多种，主要遍布在热带和亚热带区域。
中国的竹林面积约500万hm2,大约占全国森林总面积的4%,占全球竹林面积的25%;其中自然分布最为丰富的是中国云南,不完全统计有26个属220余种[2]。
2.低碳节能。
二氧化碳吸收量竹材大约比普通树木的高出3倍，既经济环保又符合我国可持续。
竹子作为建材，成本相对低廉,原竹(以下皆以毛竹为例)4～5年即可成材,耐用性尚可,结构所占建筑面积大大降低,空间利用率大幅度提高，并且竹材属于可降解材料,迥异与钢材、混凝土等传统建筑材料会遗留千年而不被降解。
3.造型优美。
竹材属于木材分类中的一大支，可传承中国古代各类建筑风格屋顶形式，例：歇山、硬山等。
4.抗震性能稳定。
因为自重轻和可塑性好，所以竹材具有显着的抗震功能。
即使竹材在弯曲强度方面尚显不足，但换一角度却可说是优点。
竹子密度通常在500-800千克/立方米之间，具有很高的强度，尤其抗拉强度，竹材被称为“植物钢铁”[3]。
在抗击台风和地震中，竹材的弹性能够使竹楼发挥作用。
例如，在1991年哥斯达黎加发生的里氏7.7级地震中，位于震中的30座竹房屋安然无恙，而周边许多混凝土房屋和旅馆难逃一劫，全部倒塌[4]。
竹子外形和截面性能的力学分析选课序号100 姓名杨建成学号2220133836摘要：略约200字一引言在日常生活中，随处可见竹子，竹竿可视为上细下粗、横截面为空心圆形的杆件。
这样的形状赋予了竹子很强的抗弯强度。
二力学分析材料力学的任务是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，以最经济的代价为构件确定合理的形状和尺寸，选择适宜的材料，为构件设计提供必要的理论基础的计算方法。
换句话说，材料力学是解决构件的安全与经济问题。
所谓安全是指构件在外力作用下要有足够的承载能力，即构件要满足强度、刚度和稳定性的要求。
所谓经济是指节省材料，节约资金，降低成本。
当然构件安全是第一位的，降低经济成本是在构件安全的前提下而言的。
实际工程问题中，构件都应有足够的强度、刚度和稳定性。
本文以竹子为研究对象，其简化力学模型如下图所示。
竹子体轻，质地却非常坚硬，强度比较高，竹子的顺纹抗拉强度170Pa，顺纹抗压强度达80Pa 单位质量的抗拉强度大概是普通钢材的两倍。
根据材料力学，弯曲正应力是控制强度的主要因素，自然界的竹子经常受到来自风的力，主要是弯矩,主要是弯曲正应力。
从公式可以看出，当弯矩一定的时候，正应力与惯性矩正反比。
截面为实心圆的对中性轴的惯性矩，大部分树木都是这种结构。
（假设实心和空心竹子的横截面）2.1 竹子的弯曲强度分析根据材料力学的弯曲强度理论, 弯曲正应力是控制强度的主要因素, 弯曲强度条件为maxmax []zM W σσ=≤ (1)横截面如上图所示。
实心圆截面和空心圆截面的抗弯截面模量分别为：332W d π=实 (2)341132()()D W D Dπαα=-=空 (3) 式中，d 是实心杆横截面直径，D 和D 1分别是空心杆横截面外径和内径，1D Dα=为空心杆内外径之比。
当空心杆和实心杆的两横截面的面积相同时222144(=)D d D ππ- (4)可得 2222211((=))D D d D α-=- (5)2=1-d D α(6)把上式代入式(2)，得34232322(1-11-W 321W 11-)32空实（）D D απααπ==> (7)空心圆截面的抗弯截面模量比等截面积的实心圆截面的抗弯截面模量大，并且空心圆截面杆的内、外直径的比值α越大，其抗弯截面模量越大，杆的抗弯强度越高。
元竹的特征特性及笋竹两用林营造技术元竹（学名：Phyllostachys humilis）是竹科植物的一种，具有许多特征特性。
它是一种高大的竹子，可以生长到15米高，竿径约为5厘米。
元竹竿身呈淡黄色，竿面有较明显的节环痕迹。
叶片为长椭圆形，青绿色，叶边有锯齿状的纤毛。
元竹具有较强的生命力和适应性，能在各种气候条件下生长，尤其对寒冷和耐旱性能强。
元竹的特性特点之一是其竹秆的韧性和强度。
它的秆壁较厚，具有较强的抗风抗弯性能，能够承受较大的外力压力。
这使得元竹成为一种很好的建筑材料，尤其适合用于搭建简单的农村房屋和棚架结构。
元竹还具有良好的隔热性能，可在夏季提供凉爽的遮阳效果，使人们在炎热的夏季得到舒适的休息环境。
元竹的第二个特征特性是其快速生长和繁殖能力。
它可以在短时间内迅速生长并形成竹林。
元竹的竿身生长速度非常快，每年可增长几十厘米甚至一米以上。
它还能够进行地下长出的根茎繁殖，形成新的竹笋。
这种快速生长和繁殖能力使得元竹成为一种理想的经济作物，能够提供丰富的竹子和笋子资源。
除了以上特征特性，元竹还具有一些其他优点。
它的竿身硬度适中，不易变形和开裂，具有较好的稳定性。
它的纹理清晰，纹路美观，是一种很好的装饰材料。
元竹的竿皮富含硅酸钙，具有防虫防腐的作用。
元竹还可以修复土地和水土保持，防止土壤侵蚀和水土流失，有助于改善环境和生态系统。
笋竹两用林是利用元竹种植技术的一种方法。
它将元竹种植于农田或退耕地，利用元竹的快速生长和繁殖能力，在短时间内形成竹林。
在元竹幼竹期间，可以利用竹笋资源进行人工采摘，提供新鲜的竹笋食品。
而待元竹长势稳定后，可以选择适当的时机进行竹林采伐，获取竹子材料，用于建筑、家具、制笔等多个方面。
笋竹两用林营造技术主要包括以下步骤：首先选择合适的地块，准备土壤，施肥等。
然后进行元竹的种植工作，选取健壮的元竹种苗，合理排列种植，保证株间距适宜。
要注意给予足够的水分和养分供给，保证元竹正常生长。
毛竹圆竹基础力学性能目录一、内容概述 (2)二、毛竹圆竹概述 (2)1. 毛竹的生物学特性 (3)2. 圆竹的几何特性 (4)三、毛竹圆竹力学性能的试验与研究 (6)1. 试验方法 (7)2. 试验设备与材料 (8)3. 试验过程及结果分析 (9)四、毛竹圆竹基础力学性能分析 (10)1. 弹性性能 (12)2. 抗压性能 (13)3. 抗弯性能 (14)4. 振动性能 (15)五、毛竹圆竹力学性能的数值模拟与分析 (16)1. 建立模型与假设条件 (17)2. 数值模拟方法 (18)3. 模拟结果与讨论 (19)六、毛竹圆竹在实际应用中的力学性能表现 (21)1. 建筑领域的应用 (22)2. 桥梁领域的应用 (23)3. 其他领域的应用表现 (24)七、毛竹圆竹力学性能的优化与提升途径 (25)1. 优化种植与管理措施 (26)2. 新型材料的复合应用 (27)3. 结构与设计优化 (28)八、结论与展望 (29)1. 研究结论 (31)2. 研究展望与建议 (32)一、内容概述本篇文档深入探讨了毛竹与圆竹的基础力学性能，详尽地分析了这两种竹材在受到外力作用时表现出的力学特性。
通过一系列实验和研究，本文揭示了它们在强度、刚度、韧性以及疲劳性能等关键力学指标上的优异表现，为竹材的合理利用和工程设计提供了重要的理论支撑和实践指导。
本文还详细讨论了影响竹材力学性能的因素，如竹材的纹理、密度、纤维方向等，并探讨了提高竹材力学性能的方法和途径。
这些研究成果不仅对于推动竹材产业的可持续发展具有重要意义，也为相关领域的研究者提供了有益的参考和借鉴。
二、毛竹圆竹概述毛竹(学名：Phyllostachys edulis)和圆竹(学名：Dendrobium nobile)是两种常见的竹子，它们在生物学上属于禾本科植物，但在实际应用中具有不同的特点。
毛竹主要分布在亚洲地区，特别是中国南部和东南亚地区，是一种快速生长、高产的竹子。
China Forest Products Industry林产工业，2021，58（06）：21-27+33圆竹材套筒式钉接构件的抗弯性能研究∗周 慧 苏 娜 马欣欣 方长华 费本华 （国际竹藤中心，国家林业和草原局竹藤科学与技术重点实验室，北京 100102）摘 要：圆竹可作为结构材用于新型竹结构建筑。
以不同径级的圆竹筒为原材料，采用大圆竹材套小圆竹材的套筒式镶嵌结合方式，辅以气钉枪钉接固定，制备连接件；并进行静力加载试验，分析其抗弯承载力和破坏形态，同时对圆竹管重要位点进行了应变测试。
结果表明：套筒式钉接圆竹试件与完整的单根圆竹试件相比，抗弯强度和抗弯弹性模量分别降低了59.49%和18.68%。
套筒式钉接圆竹试件的破坏模式多为连接接口处开始的纵向开裂，部分试件直钉孔处出现细缝。
两组圆竹试件在弹性阶段的各测点应变均呈线性变化，且拉、压应变基本对称分布。
套筒式钉接圆竹试件各测点应变相对于完整的单根圆竹试件略小。
研究结果可为圆竹材工程应用提供参考依据。
关键词：圆竹； 抗弯承载力； 钉连接； 破坏形态； 应变中图分类号：TS63 文献标识码：A 文章编号：1001-5299 （2021） 06-0021-08DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202106004Research on Bending Resistance of Sleeve-Type Nailed Components of Round BambooZHOU Hui SU Na MA Xin-xin FANG Chang-hua FEI Ben-hua(International Centre for Bamboo and Rattan;Key Laboratory of Bamboo and Rattan Science and Technology of National Forestry and Grassland Administration,Beijing 100102,P.R.China)Abstract: Round bamboo can be used as structural materials for new-type bamboo structures buildings. In this study, bamboo tubes of different diameter grades were used as the raw materials, and then the small round bamboo tubes were set inside the two big round bamboo tubes, which was fixed with an air nail gun. Finally, a new connecting piece was formed; Static loading test was carried out to analyze its bending capacity and failure mode, and the strain test was carried out on the important points of the round bamboo tube. The results showed that the flexural strength and modulus of elasticity of bamboos with telescopic nailed joints were reduced by 59.49% and 18.68%, respectively, compared with that of intact single bamboos. The failure mode of sleeve-type nailed round bamboo specimens was mainly longitudinal cracking at the joint, and some specimens had small cracks at the nailing holes. The failure mode of the sleeve-type nailed round bamboo specimens was mainly the longitudinal cracking at the connection interface, and there were fine cracks at the nail holes of some specimens. The strain at each measuring point of the sleeve-type nailed round bamboo specimen and the intact round bamboo specimen showed a linear change during elastic stage, and the tensile and compressive strains were basically symmetrically distributed. Compared with the complete single round bamboo specimen, the strain at each measuring point of the sleeve-type nailed round bamboo specimen was slightly smaller. The research could provide a scientific basis for the engineering application of round bamboo. Key words: Round bamboo; Flexural capacity; Nail connection; Failure mode; Strain圆竹是竹材利用的重要形式[1]，因其独特的结构和力学特性[2-3]，在建材领域有着混凝土和钢材等传统建材不可替代的地位[4]。
林业工程学报，２０２４，９（１）：１５０－１５７ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０５０２７收稿日期：２０２３－０５－３０㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０７－０２基金项目：国家自然科学基金面上项目（５２１７８２２０）㊂作者简介：李陶陶，男，研究方向为现代竹木结构㊂通信作者：郑晓燕，女，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｙｚｈ＠ｎｊｆｕ．ｃｏｍ．ｃｎ原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究李陶陶１，郑晓燕１∗，陈国１，杨涛１，王文蹈１，２（１．南京林业大学土木工程学院，南京２１００３７；２．南京林业大学生物质材料国家地方联合工程研究中心，南京２１００３７）摘㊀要：竹材作为一种新型的绿色环保建筑材料，梁柱连接是现代竹结构推广需要考虑的重要问题㊂为了丰富原竹节点的形式，探究不同构造措施下梁柱节点的刚度和承载力，设计制作了３种形式的原竹抱口梁柱连接节点，按照金属连接件构造的不同命名为简易钢夹节点Ｊ１㊁贯通螺栓节点Ｊ２和自攻螺钉节点Ｊ３㊂每一种节点内部依据不同原竹等级设计３组试件，通过单调加载试验，探究节点弯曲力学性能及破坏特征，得到了３种节点的弯矩⁃转角曲线㊂基于弯矩⁃转角曲线变化特征，提出三折线刚度分析模型拟合节点分段刚度参数值，应用欧洲钢结构规范节点类型判别方法，对节点的半刚性程度进行了验证㊂结果显示：贯通螺栓节点Ｊ２和简易钢夹节点Ｊ１属于半刚性节点；自攻螺钉节点Ｊ３属于铰节点㊂研究表明：原竹等级对于简易钢夹节点Ｊ１和自攻螺钉节点Ｊ３的抗弯性能影响不敏感；对于贯通螺栓节点Ｊ２的抗弯性能影响显著，等级为Ｔ８时与连接件的协同工作性能最优㊂研究成果可为现代竹结构应用提供理论依据㊂关键词：原竹节点；抱口梁柱；抗弯性能；半刚性；承载能力中图分类号：Ｓ７８１．９㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２４）０１－０１５０－０８Ｓｔｕｄｙｏｎｆｌｅｘｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂａｍｂｏｏｂｒａｃｅｄｂｅａｍ⁃ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓＬＩＴａｏｔａｏ１，ＺＨＥＮＧＸｉａｏｙａｎ１∗，ＣＨＥＮＧｕｏ１，ＹＡＮＧＴａｏ１，ＷＡＮＧＷｅｎｄａｏ１，２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｇｒｅｅｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｆｒｉｅｎｄｌｙｂｕｉｌｄｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ，ｂａｍｂｏｏｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｃｏｎ⁃ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｊｏｉｎｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｔｈａｔｎｅｅｄｓｔｏｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｍｏ⁃ｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｉｎＣｈｉｎａｈａｓｓｔａｒｔｅｄｉｎｔｈｅｅａｒｌｙｙｅａｒｓ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｗａｓｓｌｏｗ，ａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｊｏｉｎｔｉｓｎｏｔｐｅｒｆｅｃｔｉｎｒｅｇａｒｄｉｎｇｔｈｅｃｏｎ⁃ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｍａｎｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｊｏｉｎｔｓ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆｊｏｉｎｉｎｇｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｃｌｕｄｅｂｉｎｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓ，ｍｏｒｔｉｓｅａｎｄｔｅｎｏｎｊｏｉｎｔｓａｎｄｂｏｌｔｅｄｊｏｉｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｅｂａｍｂｏｏｊｏｉｎｔｓａｌｌｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｒｉｃｈｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｔｉｓｄｅｓｉｒｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｓｓｅｍ⁃ｂｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｂａｍｂｏｏｊｏｉｎｔｓａｎｄｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｂｅａｍｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｍｓ．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｂｒａｃｅｄｂｅａｍｃｏｌｕｍｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｊｏｉｎｔｓ，ｂｅｉｎｇｎａｍｅｄａｓｓｉｍｐｌｅｓｔｅｅｌｃｌａｍｐｊｏｉｎｔＪ１，ｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｂｏｌｔｊｏｉｎｔＪ２，ａｎｄｓｅｌｆ⁃ｔａｐｐｉｎｇｓｃｒｅｗｊｏｉｎｔＪ３ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎ⁃ｎｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ．Ｅａｃｈｊｏｉｎｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈｒｅｅｓｅｔｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｒｉｇｉｎａｌｂａｍｂｏｏｇｒａｄｅｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｍｏｎｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｓ，ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｆａｉｌｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓ⁃ｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ⁃ａｎｇｌｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｔｈｒｅｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｍｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ⁃ａｎｇｌｅｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｔｒｉ⁃ｐｌｉｎｅｍｏｄｅｌｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｆｉｔｉｔｓｓｅｇｍｅｎｔｅｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｖａｌｕｅｓ．Ｔｈｅｓｅｍｉ⁃ｒｉｇｉｄｉｔｙｄｅｇｒｅｅｏｆｊｏｉｎｔｓｗａｓｖｅｒｉ⁃ｆｉｅｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｄｅｏｆＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｊｏｉｎｔｔｙｐｅｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏｌｔｊｏｉｎｔＪ２ａｎｄｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｔｅｅｌｃｌａｍｐｊｏｉｎｔＪ１ｂｅｌｏｎｇｅｄｔｏｓｅｍｉ⁃ｒｉｇｉｄｊｏｉｎｔ．Ｔｈｅｓｅｌｆ⁃ｔａｐｐｉｎｇｓｃｒｅｗｊｏｉｎｔＪ３ｂｅｌｏｎｇｅｄｔｏｔｈｅｈｉｎｇｅｊｏｉｎｔ．ＴｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｂａｍｂｏｏｇｒａｄｅｗａｓｎｏｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｔｏｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｅｅｌｃｌａｍｐｊｏｉｎｔＪ１ａｎｄｓｅｌｆ⁃ｔａｐｐｉｎｇｓｃｒｅｗｊｏｉｎｔＪ３．ＴｈｅｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｂｏｌｔｊｏｉｎｔＪ２ｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ａｎｄｔｈｅｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｗｏｒｋｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｉｔｈｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓｗａｓｏｐｔｉｍａｌｗｈｅｎｔｈｅｊｏｉｎｔｌｅｖｅｌｗａｓＴ８．Ｔｈｅｒｅ⁃ｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｒｎｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｒｉｇｉｎａｌｂａｍｂｏｏｊｏｉｎｔ；ｂｒａｃｅｄｂｅａｍｃｏｌｕｍｎ；ｂｅｎｄｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｓｅｍｉ⁃ｒｉｇｉｄ；ｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ㊀第１期李陶陶，等：原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究㊀㊀我国对于原竹连接性能研究起步较早，但研究进展较为缓慢［１－２］，现行竹结构设计规范有关节点的构造形式和设计方法尚不完善㊂传统竹结构连接方式有绑扎连接㊁榫卯连接［３］和螺栓连接［４－５］等：绑扎连接操作方便，但节点强度较低且耐久性较差；榫卯连接制作工艺复杂，同时对于竹材自身的破坏大；螺栓连接较为牢固且便于安装，实际应用最为广泛，但长期使用下螺母与原竹之间会产生滑动，造成扩孔裂纹等㊂传统节点大多存在强度较低㊁耐久性差且受到人工工艺水平的影响较大等问题［６］㊂近年来，学者们开始对传统节点进行改进［７－９］，出现了一些新型原竹连接节点形式㊂单波等［１０］用不锈钢圆环结合铆钉制作成的 ８ 字箍连接件和异形 ８ 字箍连接件，可与墙体有着良好的连接性能㊂Ｐａｒａｓｋｅｖａ等［１１］设计出垫片钢夹组合原竹节点，克服原竹本身尺寸上的不规则性，提高了节点的性能稳定性㊂田黎敏等［１２］和郝际平等［１３］用螺栓和钢板组合连接的方式设计节点，搭建出原竹结构试验房，使用过程中发现节点附近存在圆周应力，导致螺栓孔附近出现开裂，节点承载力降低㊂张步荣等［１４］将加工后的木构件嵌套进原竹，形成竹木套接榫卯连接节点，力学性能可以满足使用要求，但加工烦琐难以标准化生产㊂黄政华等［１５］运用碳纤维布加固钢箍的方式，形成钢箍碳纤维布组合节点，并将其运用在１０ｍ跨度的竹拱中，起到了显著的加固效果㊂Ｃａｂａｎａｓ［１６］以鱼嘴接口形式改进了螺栓连接节点，通过原竹垂直向插入螺栓的方式，在不灌浆的基础上提高结点的性能㊂更有学者将３Ｄ打印技术运用于定制化原竹节点，使其能够满足标准化生产的需要［１７］㊂截至目前，国内外文献对于如何提高竹节点的承载力已有了较为成熟的方法，但现有节点形式依然存在制作复杂㊁装配效率低下㊁难以有效传递弯矩等问题［１８］㊂为了丰富原竹节点连接形式，提高装配化效率，设计出３种不同构造形式共９个装配式抱口连接原竹节点㊂根据构造不同命名为简易钢夹节点（Ｊ１）㊁贯通螺栓节点（Ｊ２）和自攻螺钉节点（Ｊ３），如图１所示㊂通过单调加载的方式测定节点的抗弯承载力和刚度，分析节点的破坏模式，对比原竹等级对于同种节点承载力和刚度的变化规律，验证节点的半刚性程度㊂３种节点可用于竹结构景观小品和传统竹楼民居建筑梁柱节点连接㊂图１㊀节点构造形式Ｆｉｇ．１㊀Ｎｏｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｍｓ１㊀材料与方法１．１㊀试验材料试验所用材料包括原竹㊁钢箍㊁角钢㊁钢板㊁斜撑⁃１㊁斜撑⁃２㊂原竹采用３ ４年生浙江安吉毛竹，竹段长度取１０００ｍｍ，外筒直径９０ １１０ｍｍ，平均密度０．７ｇ／ｃｍ３，含水率为１１％ １８％，通过对原竹浸泡㊁烘干和涂抹丙烯酸防水剂等处理提高材料的防腐性能㊂原竹厚度等级参照文献［１９］的分级方法，以竹段顶端的最小壁厚和直径为主要评判依据，本研究所用原竹等级对应的直径范围与各型号抱箍的直径汇总见表１㊂表１㊀原竹分级和抱箍直径Ｔａｂｌｅ１㊀Ｒａｗｂａｍｂｏｏｇｒａｄｉｎｇａｎｄｈｏｏｐｄｉａｍｅｔｅｒｓ单位：ｍｍ指标Ｔ６级Ｔ７级Ｔ８级Ｔ９级Ｔ１０级厚度范围６．７ ７．４＞７．４ ８．４＞８．４ ９．０＞９．０ １０．３＞１０．３直径范围６８．０ ７７．８＞７７．８ ９３．７＞９３．７ １０３．３＞１０３．３ １１０．０＞１１０．０抱箍直径７５７５，９０９０，１００１００，１１０１２５㊀㊀抱箍为常用规格，角钢㊁钢板㊁斜撑⁃１㊁斜撑⁃２为设计定制，具体尺寸如图２所示㊂型钢等级为１５１林业工程学报第９卷Ｑ２３５，螺栓采用Ｍ８级全螺纹螺杆，螺钉采用Ｍ６级全螺纹自攻螺钉㊂节点处通过钢夹和橡胶垫弥补原竹表面的不规则，防止产生局部滑移影响节点承载力㊂同时设置等边角钢和斜撑，以增强节点的侧向稳定性㊂图２㊀钢连接件尺寸Ｆｉｇ．２㊀Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｓｔｅｅｌｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ１．２㊀试件制作３种节点形式均由竹梁㊁竹柱和５个钢箍组成，其连接方式存在差异㊂简易钢夹节点（Ｊ１）用焊接螺母（Ｍ８ˑ３０）和角钢（∟６０ˑ５）实现梁柱之间的垂直连接，用斜撑⁃１实现梁柱之间的对角支撑㊂贯通螺栓节点（Ｊ２）在梁柱与钢箍接触位置预开８．６ｍｍ直径圆孔并穿入贯通螺栓（Ｍ８ˑ１４０）㊂自攻螺钉节点（Ｊ３）在距离钢板长宽方向１５ｍｍ处预开６．５ｍｍ直径圆孔，并在和斜撑⁃２接触表面安装全螺纹自攻螺钉（Ｍ６ˑ２０）实现节点连接㊂每一组试件内部除原竹等级不同，其余条件完全相同㊂试件的连接件形式及尺寸见表２㊂表２㊀单调载荷抗弯试验试件Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｏｎｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｆｌｅｘｕｒａｌｔｅｓｔｓｐｅｃｉｍｅｎｓ序号试件原竹等级螺栓类型螺栓直径／ｍｍ螺栓长度／ｍｍ顶底连接件／ｍｍ斜撑类型Ｊ１⁃１Ｔ７Ｊ１Ｊ１⁃２Ｔ８焊接螺母Ｍ８３０角钢∟６０ˑ５斜撑⁃１Ｊ１⁃３Ｔ９Ｊ２⁃１Ｔ７Ｊ２Ｊ２⁃２Ｔ８贯通螺栓Ｍ８１４０角钢∟６０ˑ５斜撑⁃１Ｊ２⁃３Ｔ９Ｊ３⁃１Ｔ７Ｊ３Ｊ３⁃２Ｔ８自攻螺钉Ｍ６２０钢板６０ˑ３０ˑ３斜撑⁃２Ｊ３⁃３Ｔ９１．３㊀试验方法及加载设备原竹节点抗弯试验采用静力单调加载，加载过程分为预加载和正式加载２个阶段㊂预加载将荷载控制在０．５ｋＮ内，持续加载２ｍｉｎ后卸载；正式加载时，先每级加载０．１ｋＮ，达到１ｋＮ后每级加载改为０．２ｋＮ，当梁柱间产生较大转角且荷载无法继续施加时停止试验㊂利用破坏荷载和有效力矩长度计算出破坏弯矩，并结合测得位移计算转角，得到不同节点形式加载过程中的转动刚度㊂试验采用液压千斤顶加载，采集装置包括ＤＨ３８２０静态应变仪和拉绳位移计（图３）㊂分别在柱上角钢附近和梁右侧布置位移计㊂１＃和２＃位移计用来测量柱的转动角度，３＃和４＃位移计分别测量梁的侧移值，梁靠近悬臂端布置与千斤顶中线等高２５１㊀第１期李陶陶，等：原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究的５＃位移计㊂位移计测点布置如图４所示㊂图３㊀现场加载装置Ｆｉｇ．３㊀Ｆｉｅｌｄｌｏａｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ㊀㊀图４㊀位移计测点布置Ｆｉｇ．４㊀Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｏｉｎｔａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ２㊀结果与分析２．１㊀受力过程及破坏特征试件的破坏是由多种因素共同作用引起的，节点错动㊁抱口分离㊁钢夹滑移以及橡胶垫脱落等现象是３种节点加载过程中的共同特征，同时斜撑和角钢在加载过程也出现了不同程度的变形㊂分别选取Ｊ１⁃１㊁Ｊ２⁃１㊁Ｊ３⁃１作为每种类型节点的代表试样，破坏形式如图５所示㊂图５㊀节点破坏形式Ｆｉｇ．５㊀Ｎｏｄｅｄａｍａｇｅｆｏｒｍｓ㊀㊀１）Ｊ１加载初期荷载转角呈线性变化趋势㊂以Ｊ１⁃１为例：加载至０．５ｋＮ时，５＃钢夹开始出现滑移，如图５ａ所示；加载至１ｋＮ时，５＃钢夹的滑移量达到４ｍｍ，１＃钢夹的滑移量达到２ｍｍ；提高加载速率至转角达到０．０７５ｒａｄ时，５＃和１＃钢夹不再滑动㊂观察到抱口受压侧紧紧挤压竹柱，受拉侧与竹柱出现分离，节点发生错动，如图５ｂ所示㊂最终，２＃钢夹位移达到７ｍｍ时，抱口明显分离，顶底角３５１林业工程学报第９卷钢产生翘曲导致节点破坏，破坏弯矩为２．３０ｋＮ㊃ｍ，刚度为１５．８ｋＮ／ｍ㊂Ｊ１⁃２㊁Ｊ１⁃３与Ｊ１⁃１破坏过程大同小异，破坏弯矩分别为２．５０和２．５７ｋＮ㊃ｍ，刚度分别为１６．７和２１．４ｋＮ／ｍ㊂２）Ｊ２相较于Ｊ１弹性段更长，抗弯承载力及各阶段刚度均高于Ｊ１㊂以Ｊ２⁃１为例：当荷载超过３ｋＮ时，转角增幅变大，螺栓承压处原竹发生垂直剪切扩孔，如图５ｃ所示，５＃钢夹的橡胶垫轻微滑移２ｍｍ，顶角钢在受拉作用下变形明显；当荷载加至７ｋＮ时，斜撑下部产生明显塑性变形，如图５ｄ所示；当荷载达到８．５ｋＮ时，原竹发出 噼啪 声响，荷载迅速下降，节点被破坏，破坏弯矩为４．７６ｋＮ㊃ｍ，刚度为３５．３ｋＮ／ｍ㊂Ｊ２⁃２㊁Ｊ２⁃３破坏形式与Ｊ２⁃１类似，破坏弯矩分别为６．８和８．１ｋＮ㊃ｍ，刚度分别为５６．３和３６．９ｋＮ／ｍ㊂３）Ｊ３破坏荷载相较Ｊ１和Ｊ２都小㊂以Ｊ３⁃１为例，荷载加至０．８ｋＮ时，５＃钢夹的滑移量达到４ｍｍ，橡胶垫脱落，如图５ｅ所示㊂考虑到节点承载力较低，保持匀速加载至１．２５ｋＮ，５＃钢夹滑移７ｍｍ时，观察到梁柱已产生相对错动，斜撑⁃２轻微压弯，带动抱口产生缝隙直至完全分离，如图５ｆ所示，节点被破坏，破坏弯矩为０．８１ｋＮ㊃ｍ，刚度为５．８ｋＮ／ｍ㊂Ｊ３⁃２㊁Ｊ３⁃３与Ｊ３⁃１破坏形式类似，破坏弯矩分别为０．９６和１．０４ｋＮ㊃ｍ，刚度分别为６．４和７．４ｋＮ／ｍ㊂综合上述３种节点破坏过程得出：就力学性能而言，Ｊ２极限承载力分别为Ｊ１㊁Ｊ３的２．８倍和７．６倍，节点刚度分别为Ｊ１㊁Ｊ３的２．４倍和６．６倍，在３种节点形式中表现最优㊂Ｊ１由于钢夹滑移造成角钢屈曲，Ｊ２连接角钢在螺栓扩孔带动下产生变形，最终造成原竹劈裂，２种破坏均呈现一定塑性特征；Ｊ３则因钢板滑移造成抱口分离，属于失稳破坏㊂原竹等级的敏感程度Ｊ２＞Ｊ３＞Ｊ１㊂研究表明，Ｊ２的构造形式有效提高了节点的整体性，充分发挥了原竹自身特性，对应Ｔ８等级时与连接件协同工作性能最优㊂所有试件的试验结果见表３㊂表３㊀所有试件的试验结果Ｔａｂｌｅ３㊀Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒａｌｌｓｐｅｃｉｍｅｎｓ组别试件编号极限弯矩／（ｋＮ㊃ｍ）极限转角／ｒａｄ转动刚度／（ｋＮ㊃ｍ㊃ｒａｄ－１）平均弯矩／（ｋＮ㊃ｍ）平均转动刚度／（ｋＮ㊃ｍ㊃ｒａｄ－１）Ｊ１⁃１２．３００．１４１５．８２．４（２．２ ２．６）１７．９（１６．９ ２０．９）Ｊ１Ｊ１⁃２２．５００．１５１６．７Ｊ１⁃３２．５７０．１２２１．４Ｊ２⁃１４．６５０．１３３５．８６．５（４．８ ８．２）４２．９（３１．５ ５４．５）Ｊ２Ｊ２⁃２６．７６０．１２５６．３Ｊ２⁃３８．１１０．２２３６．９Ｊ３⁃１０．８１０．１４５．８０．９（０．８ １．０）６．５（５．７ ７．３）Ｊ３Ｊ３⁃２０．９６０．１５６．４Ｊ３⁃３１．０４０．１４７．４图６㊀节点转角测量示意图Ｆｉｇ．６㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｊｏｉｎｔａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ２．２㊀弯矩⁃转角曲线及拟合方程弯矩⁃转角曲线是评价节点力学性能的重要指标，根据测点位移和荷载换算出节点处弯矩和转角（图６），可用公式（１） （３）计算得到㊂４５１㊀第１期李陶陶，等：原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究Ｍ＝ＰＬｌｏａｄ（１）α＝Ｌ２－Ｌ１ｈｖ，β＝Ｌ４－Ｌ３ｈｃ（２）ρ＝α－β＝Ｌ２－Ｌ１ｈｖ－Ｌ４－Ｌ３ｈｃ（３）式中：Ｍ为节点承受弯矩；Ｐ为梁悬臂端千斤顶施加荷载；Ｌｌｏａｄ为千斤顶中心线到柱上表面的距离；Ｌ１㊁Ｌ２为位移计１＃㊁２＃的竖向位移；Ｌ３㊁Ｌ４为位移计３＃㊁４＃的水平位移；α为立柱转角；β为横梁转角；ρ为梁柱的相对转角；ｈｖ为竹梁直径；ｈｃ为位移计４＃到位移计３＃的距离㊂３种不同节点形式的弯矩⁃转角曲线如图７所示，观察曲线可知，每个试件都有２个转折点和３段折线㊂借鉴以往学者提出的模型［２０］，结合曲线特征，提出三折线模型对于弯矩⁃转角曲线进行分析，三折线模型如图８所示㊂该模型无需大量数据，结合曲线特点即可有效拟合出变化趋势，同时将误差控制在５％以内，节点的力学模型表达式见式（４）㊂图７㊀弯矩⁃转角曲线Ｆｉｇ．７㊀Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ⁃ａｎｇｌｅｃｕｒｖｅｓ图８㊀弯矩⁃转角三折线模型Ｆｉｇ．８㊀Ｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ⁃ａｎｇｌｅｔｒｉｐｌｉｎｅｍｏｄｅｌＭ＝Ｋ１θ㊀㊀㊀㊀㊀㊀０ɤθɤθ１Ｍ１＋Ｋ２（θ－θ１）θ１ɤθɤθ２Ｍ２＋Ｋ３（θ－θ２）θ２ɤθɤθ３ìîíïïïï（４）式中：Ｋ１㊁Ｋ２㊁Ｋ３为分段转动刚度；θ１㊁θ２㊁θ３为分段节点转角；Ｍ１㊁Ｍ２㊁Ｍ３为分段弯矩极值㊂３组试件的拟合参数值见表４，结果表明，Ｊ１在第二阶段的刚度呈现突降趋势，在第三阶段又有所增大，这主要是钢夹滑移造成的，转动到第三阶段时滑移停止，角钢限制节点转动，转动刚度再次增大㊂Ｊ２初始刚度较低，随着转动过程中螺栓与钢夹的紧密贴合，第二阶段和第三阶段的刚度均最大，表现出良好的抗弯性能㊂Ｊ３与Ｊ１变化规律类似，在第二阶段刚度迅速下降后第三阶段又缓慢上升，但其最大初始刚度平均仅有１２ｋＮ／ｍ，在３种节点形式中是最低的㊂表４㊀数值模拟的拟合参数Ｔａｂｌｅ４㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ试件分组刚度参数转角参数／ｒａｄＫ１／（ｋＮ㊃ｍ－１）Ｒ２１Ｋ２／（ｋＮ㊃ｍ－１）Ｒ２２Ｋ３／（ｋＮ㊃ｍ－１）Ｒ２３θ１θ２θ３Ｊ１⁃１（Ｔ７）２１．９０．９７６．２０．９８２０．１０．９９０．０３０．０８０．１３Ｊ１Ｊ１⁃２（Ｔ８）２０．７０．９７１３．４０．９９２６．１０．９９０．０４０．１００．１３Ｊ１⁃３（Ｔ９）１７．１０．９７１２．７０．９７２８．５０．９９０．０２０．０６０．１２Ｊ２⁃１（Ｔ７）２２．４０．９９４９．１０．９９３２．２０．９６０．０５０．０８０．１３Ｊ２Ｊ２⁃２（Ｔ８）２３．３０．９８６５．１０．９８８２．２０．９８０．０３０．０７０．１２Ｊ２⁃３（Ｔ９）２１．１０．９８４７．３０．９８４２．８０．９９０．０７０．１２０．２３Ｊ３⁃１（Ｔ７）１１．１０．９７４．６０．９９５．２０．９９０．０２０．０８０．１３Ｊ３Ｊ３⁃２（Ｔ８）１１．４０．９８４．２０．９８６．７０．９９０．０２０．０６０．１４Ｊ３⁃３（Ｔ９）１３．９０．９９５．８０．９９７．３０．９９０．０２０．０８０．１３５５１林业工程学报第９卷２．３㊀节点半刚性验证国内现行规范无法评估木材或竹节的传递力矩，故遵循了欧洲钢结构规范设计建议，按式（５）计算㊂节点可以传递力矩，刚度必须大于阈值Ｓｊ㊂此外，通过Ｆｏｌｅｙ等［２１］提出的方法及ＣＥＣＳ４３４：２０１６‘圆竹结构建筑技术规程“，按式（６）确定传递的弯矩Ｍ㊂Ｓｊ＝ＥＩ２Ｌ（５）Ｍ＝－２ＥＩθＬ＋ｗＬ２１２（６）式中：ｗ为均布荷载；Ｌ为原竹梁的跨度；Ｅ为基材的轴向弹性模量；Ｉ为原竹截面惯性矩㊂均布荷载ｗ根据容许应力计算得出，容许应力一般取１２ＭＰａ㊂通过Ｇｅｓｃｈｗｉｎｄｎｅｒ等［２２］提出的方法确定连接可传递的弯矩相对于理想传递力矩的百分比，绘制弯矩⁃转角曲线㊂通过连接ｘ轴上的一点和ｙ轴上的另一点绘制梁线，将均布荷载改为集中荷载㊂取线段和试验曲线之间的交点产生弯矩，判断半刚性程度㊂如果超过９０％的弯矩，就可以将其归类为刚性连接件，低于２０％则归类为柔性连接件，这两类之间的则被视为半刚性连接㊂梁柱节点刚性判断方式如图９所示㊂图９㊀梁柱节点刚性判断示意图Ｆｉｇ．９㊀Ｄｉａｇｒａｍｏｆｂｅａｍ⁃ｃｏｌｕｍｎｎｏｄｅｒｉｇｉｄｉｔｙｊｕｄｇｍｅｎｔ按照上述方法划分节点Ｊ１㊁Ｊ２㊁Ｊ３的刚度特性如图１０所示㊂Ｊ１㊁Ｊ２属于带斜撑的Ｔ形节点，特征曲线均在刚性区域和柔性区域之间，属于半刚性节点㊂Ｊ３的特性曲线在柔性区域内，属于铰接节点㊂Ｊ１３个试件的特性曲线稍趋向于柔性区域，这是因为加载过程中橡胶垫和钢夹出现了滑移，造成节点刚度退化；而同一过程中的Ｊ２３个试件原竹孔壁承压，刚度持续增加，曲线偏离半刚性区域和柔性区域的分界线，节点刚度最大㊂图１０㊀刚度特性划分Ｆｉｇ．１０㊀Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｄｉｖｉｓｉｏｎ３㊀结㊀论１）简易钢夹节点（Ｊ１）和贯通螺栓节点（Ｊ２）破坏时角钢产生较大的塑性变形，自攻螺钉节点（Ｊ３）则产生了由钢板滑移造成的局部失稳㊂Ｊ２出现扩孔变形和原竹最终劈裂的现象，表明原竹本身与连接件之间协同作用良好，材料性能充分发挥，证明了其优良的传递弯矩能力㊂２）３种不同构造的节点均具备一定的承载能力，贯通螺栓节点（Ｊ２）的平均破坏荷载㊁极限弯矩㊁刚度等指标均优于简易钢夹节点（Ｊ１）和自攻螺钉节点（Ｊ３）㊂随着原竹等级的增加，Ｊ３和Ｊ１承载力提高有限，节点抗弯性能对于原竹等级这一因素表现不敏感；Ｊ２承载力提高显著，刚度则表现出先升后降的趋势，对应等级为Ｔ８时节点的性能最优，可作为节点设计参考等级㊂３）自攻螺钉节点（Ｊ３）全过程落在柔性区域内，呈现铰接节点特性，但其制作方便，安装快捷㊂简易钢夹节点（Ｊ１）和贯通螺栓节点（Ｊ２）特性曲线落在半刚性区域内，Ｊ２在强化阶段逐渐远离分界线，表现出典型的半刚性节点特征，能有效承受荷载并传递弯矩㊂这３种节点均可用于现代竹结构建筑梁柱连接㊂简易钢夹节点Ｊ１如何减小连接件之间的滑移，提高节点力学性能是其推广使用的一大难题㊂贯通螺栓节点Ｊ２自身对于原竹等级影响较大，故对于原竹直径㊁厚度，螺栓等级㊁斜撑截面尺寸的规范化设计还需要进一步研究㊂６５１㊀第１期李陶陶，等：原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］陈肇元．有关竹屋架的几个问题［Ｊ］．清华大学学报（自然科学版），１９５８（２）：２６９－２８６．ＤＯＩ：１０．１６５１１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｑｈｄｘｘｂ．１９５８．０２．００７．ＣＨＥＮＺＹ．Ｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｂｏｕｔｂａｍｂｏｏｒｏｏｆｔｒｕｓｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），１９５８（２）：２６９－２８６．［２］王振家．竹結構圓鋼梢結合的設計［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，１９５８（１）：２５－３３．ＷＡＮＧＺＪ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｅｅｌｐｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９５８（１）：２５－３３．［３］ＷＡＮＧＦＬ，ＹＡＮＧＪ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｌｏａｄ⁃ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｄｏｗｅｌ⁃ｔｙｐｅｂｏｌｔｅｄｂａｍｂｏｏｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０２０，２０９：１０９９５２．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｇｓｔｒｕｃｔ．２０１９．１０９９５２．［４］ＨＯＮＧＣＫ，ＬＩＨＴ，ＸＩＯＮＧＺＨ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，３０：１０１３２４．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｏｂｅ．２０２０．１０１３２４．［５］ＨＯＮＧＣ，ＬＩＨ，ＬＯＲＥＮＺＯＲ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｏｒｉｇｉｎａｌｂａｍｂｏｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｎｅｗａｂｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，７（８）：７１３－７３０．ＤＯＩ：１０．３２６０４／ｊｒｍ．２０１９．０７６４７．［６］ＢＡＨＴＩＡＲＥＴ，ＩＭＡＮＵＬＬＡＨＡＰ，ＨＥＲＭＡＷＡＮＤ，ｅｔａｌ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｇｒａｄｉｎｇｏｆｔｈｒｅｅｓｙｍｐｏｄｉａｌｂａｍｂｏｏｃｕｌｍｓ（Ｈｉｔａｍ，Ａｎ⁃ｄｏｎｇ，ａｎｄＴａｌｉ）ｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｌｏａｄ［Ｊ］．Ｅｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１９，１８１：２３３－２４５．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｇ⁃ｓｔｒｕｃｔ．２０１８．１２．０２６．［７］ＶＩＬＬＥＧＡＳＬ，ＭＯＲÁＮＲ，ＧＡＲＣÍＡＪＪ．Ａｎｅｗｊｏｉｎｔｔｏａｓｓｅｍｂｌｅｌｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｂａｍｂｏｏｓｌａｔｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１５，９８：６１－６８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１５．０８．１１３．［８］ＬＥＦＥＶＲＥＢ，ＷＥＳＴＲ，Ｏ ＲＥＩＬＬＹＰ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｊｏｉｎｉｎｇｂａｍｂｏｏｃｕｌｍｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１９，１９０：１－８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｇｓｔｒｕｃｔ．２０１９．０４．００３．［９］ＡＷＡＬＵＤＩＮＡ，ＡＮＤＲＩＡＮＩＶ．Ｂｏｌｔｅｄｂａｍｂｏｏｊｏｉｎｔｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｄｉａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，９５：１５－２１．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｐｒｏｅｎｇ．２０１４．１２．１６０．［１０］单波，高黎，肖岩，等．预制装配式圆竹结构房屋的试验与应用［Ｊ］．湖南大学学报（自然科学版），２０１３，４０（３）：７－１４．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－２９７４．２０１３．０３．００２．ＳＨＡＮＢ，ＧＡＯＬ，ＸＩＡＯＹ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐ⁃ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂａｍｂｏｏｐｏｌｅｈｏｕｓｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ），２０１３，４０（３）：７－１４．［１１］ＰＡＲＡＳＫＥＶＡＴ，ＰＲＡＤＨＡＮＮＰＮ，ＳＴＯＵＲＡＣＤ，ｅｔａｌ．Ｍｏｎ⁃ｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｍｕｌｔｉ⁃ｆｕｌｌ⁃ｃｕｌｍｂａｍｂｏｏｔｏｓｔｅｅｌｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅ⁃ｒｉａｌｓ，２０１９，２０１：４７３－４８３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１８．１２．１９８．［１２］田黎敏，寇跃峰，郝际平，等．喷涂保温材料⁃原竹组合楼板抗弯性能研究［Ｊ］．华中科技大学学报（自然科学版），２０１７，４５（１１）：４１－４５．ＤＯＩ：１０．１３２４５／ｊ．ｈｕｓｔ．１７１１０８．ＴＩＡＮＬＭ，ＫＯＵＹＦ，ＨＡＯＪＰ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｆｌｅｘｕｒａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂａｍｂｏｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｌａｂｓｗｉｔｈｓｐｒａｙｅｄｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１７，４５（１１）：４１－４５．［１３］郝际平，寇跃峰，田黎敏，等．喷涂复合材料⁃密布原竹组合楼板抗弯性能试验研究［Ｊ］．西安建筑科技大学学报（自然科学版），２０１８，５０（４）：４７１－４７６．ＤＯＩ：１０．１５９８６／ｊ．１００６－７９３０．２０１８．０４．００２．ＨＡＯＪＰ，ＫＯＵＹＦ，ＴＩＡＮＬＭ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｂｅｎｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｐｒａｙｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ⁃ｄｅｎｓｅｌｙｃｏｖｅｒｅｄｂａｍｂｏｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｌａｂ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉ⁃ｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１８，５０（４）：４７１－４７６．［１４］张步荣，刘祖华．原竹建筑竹木套接⁃木木榫卯节点连接方式研究［Ｊ］．佳木斯大学学报（自然科学版），２０１３，３１（４）：４９０－４９５．ＺＨＡＮＧＢＲ，ＬＩＵＺＨ．Ｓｔｕｄｙｏｎｂａｍｂｏｏｂｕｉｌｄｉｎｇｓｏｆｂａｍｂｏｏ⁃ｗｏｏｄｃｕｐｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｗｏｏｄｅｎｔｅｎｏｎ⁃ｍｏｒｔｉｓｅｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１３，３１（４）：４９０－４９５．［１５］黄政华，曲妮妮，徐懿，等．钢箍碳纤维布组合节点竹拱结构平面内稳定承载力试验［Ｊ］．农业工程学报，２０１５，３１（２４）：１７９－１８５．ＤＯＩ：１０．１１９７５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－６８１９．２０１５．２４．０２７．ＨＵＡＮＧＺＨ，ＱＵＮＮ，ＸＵＹ，ｅｔａｌ．Ｔｅｓｔｏｎｉｎ⁃ｐｌａｎｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃａｐａｃｉｔｙｏｆｂａｍｂｏｏａｒｃｈｅｓｗｉｔｈｓｔｅｅｌｈｏｏｐ⁃ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｊｏｉｎｔｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎ⁃ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，３１（２４）：１７９－１８５．［１６］ＣＡＢＡＮＡＳＧ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｍｏｒｔａｒｉｎｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｅｙｅｂｏｌｔｂａｍｂｏｏｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｃｙｃｌｉ⁃ｃｌｏａｄｓ［Ｄ］．Ｇｕｉｌｄｆｏｒｄ：ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｕｒｒｅｙ，２０１８．［１７］ＶＡＮＷＡＳＳＥＮＨＯＶＥＲ，ＤＥＬＡＥＴＬ，ＶＡＳＳＩＬＯＰＯＵＬＯＳＡＰ．Ａ３Ｄｐｒｉｎｔｅｄｂｉｏ⁃ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｒｅｍｏｖａｂｌｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｂａｍ⁃ｂｏｏｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０２１，２６９：１１４０４７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｍｐｓｔｒｕｃｔ．２０２１．１１４０４７．［１８］ＭＯＲＡＮＲ，ＧＡＲＣÍＡＪＪ．Ｂａｍｂｏｏｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｓｔｅｅｌｃｌａｍｐｓｃａｐａｂｌｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｍｏｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１９，２１６：２４９－２６０．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１９．０５．０２５．［１９］杨晓梦，柴源，刘焕荣，等．毛竹竹秆及圆竹尺寸分级初探［Ｊ］．林业工程学报，２０１９，４（４）：５３－５８．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１９．０４．００８．ＹＡＮＧＸＭ，ＣＨＡＩＹ，ＬＩＵＨＲ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｓｉｚｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａ⁃ｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｓｔｅｍａｎｄｒｏｕｎｄｂａｍｂｏｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，４（４）：５３－５８．［２０］周军文，黄东升，黄子睿，等．竹框架装配式梁柱节点单调加载试验［Ｊ］．林业工程学报，２０１８，３（３）：１２２－１２７．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１８．０３．０２０．ＺＨＯＵＪＷ，ＨＵＡＮＧＤＳ，ＨＵＡＮＧＺＲ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｂｅ⁃ｈａｖｉｏｒｏｆｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｅａｍ⁃ｃｏｌｕｍｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｂａｍｂｏｏｆｒａｍｅｕｎ⁃ｄｅｒｍｏｎｏｔｏｎｉｃｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８，３（３）：１２２－１２７．［２１］ＦＯＬＥＹＣＭ，ＳＣＨＡＡＤＪＡ．Ｆｌｅｘｉｂｌｅｍｏｍｅｎｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｕｎ⁃ｂｒａｃｅｄｆｒａｍｅｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｌａｔｅｒａｌｆｏｒｃｅｓ Ａｒｅｔｕｒｎｔｏｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２００６，４３（３）：２２７－２２９．［２２］ＧＥＳＣＨＷＩＮＤＮＥＲＦ，ＤＩＳＱＵＥＲＯ，ＣＨＲＩＳＴＯＰＨＥＲＤ，ｅｔａｌ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｆｌｅｘｉｂｌｅｍｏｍｅｎｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｕｎｂｒａｃｅｄｆｒａｍｅｓｓｕｂ⁃ｊｅｃｔｅｄｔｏｌａｔｅｒａｌｆｏｒｃｅｓ Ａｒｅｔｕｒｎｔｏｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１３，４２（２）：９９－１１２．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｅｎｂｕｉｌｄ．２００４．０６．００３．（责任编辑㊀莫弦丰）７５１。
圆竹材微波真空干燥特性的研究微波真空干燥作为一种新型的干燥技术,在食品、材料、化工等领域已有广泛的应用,具有良好的应用价值。
筒状结构的圆竹,具有优良的力学结构和美学特征,其在家具和建筑等诸多领域的应用,具有重要现实意义。
本文以红竹(Phyllostachys iridescens C.Y.Yao&S.Y.Chen)圆竹材为研究对象,研究其微波真空干燥特性,并总结了其干燥的一般规律,阐述了颜色、干缩及开裂的特性,建立了含水率变化的数学模型,为进一步发展工业化圆竹材微波真空干燥技术及应用提供了科学依据。
本研究的主要结论如下:(1)研发了可在线称重的圆竹材微波真空干燥设备,该设备实现了样品含水率即时监控的要求。
(2)初步研究了圆竹材微波真空干燥的规律。
研究表明:随着微波功率、干燥温度及真空度的增加,圆竹材干燥速率增大,当干燥样品的初始含水率较高时,干燥速率较大;不同纹理方向对水分移动速率有明显的影响,关系为:未封端样品>端面>竹黄面>竹青面>竹隔;方差分析表明,微波功率,干燥温度,真空度及初始含水率对干燥速率有显著影响;研究表明,圆竹材微波真空干燥具有较高的干燥效率,比传统干燥具有更好的干燥效果。
(3)系统研究了干燥条件对材色变化的影响。
结果表明,干燥处理后圆竹材由绿色变为黄色,且颜色分布比较均匀。
随着功率的增加,L*a*b*表色系数值都呈现增大的趋势;干燥温度的升高,颜色变化越明显,明度L*的变化范围是46.35-56.02,红绿色品指数a*的变化范围是-2.45-4.57,由绿色向红色区间移动,黄蓝色品指数b*的变化范围是25.83-29.28,由蓝色区间向黄色区间移动;真空度越高,颜色变化越明显,明度L*的变化范围是46.35-54.34,红绿色品指数a*的变化范围是-2.45-5.73,由绿色向红色区间移动,黄蓝色品指数b*的变化范围是25.83-27.84,由蓝色区间向黄色区间移动。
竹材物理力学性质影响因素研究进展
毛林海;孔祥涛;梁璞;傅金和;许佳诺
【期刊名称】《世界竹藤通讯》
【年(卷),期】2024(22)2
【摘要】竹材是竹质代塑产品的重要原材料。
竹材的物理力学性质是衡量竹材质量的重要指标之一。
研究竹材主要物理力学性质的影响因素,有助于合理开发竹材资源和高效科学加工利用竹材,进而有助于开发高性能、高质量的竹质代塑产品。
文章梳理了竹材物理力学性质的主要影响因素,包括竹种、竹龄、竹秆部位、竹材含水率、地理种源、立地条件、海拔高度、林分结构、采伐时间、施肥、病虫害和钩梢,这将为竹质代塑产品用的竹材选材、竹材分类利用以及竹材分级提供参考。
【总页数】7页(P91-97)
【作者】毛林海;孔祥涛;梁璞;傅金和;许佳诺
【作者单位】中林绿碳(北京)科技有限公司;中国循环经济协会
【正文语种】中文
【中图分类】S78
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1.夏季与秋季钩梢对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响
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4.钩梢对5年生毛竹竹材物理力学性质的影响
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圆竹的力学性能及影响因素研究于金光;郝际平;田黎敏;邓光睿【摘要】为了获得圆竹的主要力学性能及其影响因素,完成了6组共计51个试件的试验研究,获得了圆竹的抗压强度、环刚度以及抗弯强度等力学性能,研究了含水率、竹节和取材单元对上述力学性能的影响.结果表明:竹材顺纹抗压强度分别为弦向横纹和径向横纹抗压强度的2.7倍和4.0倍;竹节的紧箍作用有效提高了圆竹的环刚度,节部材较节间材提高90％;竹节对竹材的抗压强度具有一定的提高作用,节部材较节间材提高6.3％;含水率对圆竹抗压强度和抗弯强度有较大影响,但其影响趋势不同.圆竹的抗压强度随竹材含水率降低而增加,含水率降低40％时抗压强度提高约20％,而其抗弯强度随竹材含水率的降低而降低,在挠度相同的前提下,抗弯强度下降约20％.%In order to obtain the main mechanical properties and influencing factors of the bamboo culms,this paper complete tests of 6 groups a total of 51 specimens,which result in the longitudinal compressive strength,radial compressive strength and chord compressive strength of bamboo sheets,radial compressive strength and bending moment of bamboo culms.And carry out the influencing research of moisture content and bamboo nodes.The results show that the longitudinal compressive strength of bamboo sheets is almost the 2.7 times of radial compressive strength of bamboo sheets,and almost the 4.0 times of chord compressive strength of bamboo sheets.The radial compressive strength of bamboo culms with nodes increases 90％ than the without nodes.The longitudinal compressive strength of bamboo culms with nodes increases 6.3％ than the without nodes.The longitudinalcompressive strength of bamboo culms increases with the decrease of moisture content,which shows that moisture content decreases by 40％while the compressive strength increased by about 20％.The bending moment of bamboo culms decreases with the decrease of moisture content,which shows that moisture content decreases by 40％ while the compressive strength decreased by about 20 ％.【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(050)001【总页数】7页(P30-36)【关键词】毛竹;径向性能;环刚度;竹节;含水率【作者】于金光;郝际平;田黎敏;邓光睿【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】TU366.1力学性能是衡量结构用材质量的重要指标，也是结构设计的重要依据.竹材是一种重要的绿色资源，具有质量轻、强度高、抗震性能好、生长周期短等优点，在建筑行业的利用越来越广泛.而毛竹是我国最主要的建筑用竹种，深入了解毛竹的力学性能，对充分合理利用毛竹建造结构具有十分深远的意义.现代竹结构中，使用毛竹圆竹(以下简称：圆竹)作为柱、梁等承重结构构件，竹材力学性能的研究多以毛竹竹片为研究对象，探讨了竹龄、取材部位、种源等对竹材物理力学性能的影响[1-5]；关于圆竹材性也开展了相关研究，张丹等[6]对于圆竹用于建筑领域的抗弯、抗剪和抗压等力学性能进行了相关研究，分析了圆竹在竹龄、取材部位的力学性能变异规律.文献[7-9]试验获得了单圆竹轴心受压构件的稳定承载力.关于竹节对竹材力学性能的影响研究较少，仅邵卓平[10]等针对毛竹竹节对竹片强度的影响进行了研究.在圆竹构件中，考虑竹节影响的相关研究成果较少，《建筑用竹材物理力学性能试验方法》(JG/T199-2007)[11]中没有相关的测试标准，因此有必要开展圆竹力学性能的试验研究，探讨竹节对圆竹力学性能的影响.同时，圆竹在实际应用中径向承受不同程度的载荷，常出现径向压溃的现象.因此本文开展了圆竹抗压、环刚度和抗弯性能的试验研究，探究了取材单元、竹节和含水率等对上述主要力学性能的影响，以期为圆竹的实际应用提供参考.1 试验材料试验研究对象为井冈山地区毛竹，竹龄为4～6 a并且取材位置一致.从不少于100株样竹中，分散取12株成熟、无缺陷、胸径在100 mm以上的有代表性的样竹.2 圆竹抗压性能研究2.1 试件制备与加载制度根据ISO 22157-1：2004(E)[12]和ISO 22157-2：2004(E)[13]的相关规定，圆竹顺纹抗压试件尺寸规格为：H mm×d mm×t mm，其中H为圆竹长度，取200mm、d圆竹直径、t为竹壁厚度.试件编号原则为：YY-圆竹有竹节试件；YW-圆竹无竹节试件；YH-圆竹无竹节低含水率试件，共计3组，每组5个试件，编号1～5.试样的端面应与试件长度方向垂直且平整，最大偏差为0.2 mm.测量试件每个端面的垂直方向的两个外径和四个相对位置的壁厚，分别取其平均值计算试样的横截面面积.试验装置与竹片试件加载装置相同，试验以均匀速度加载，按每分钟80N/mm2 均匀速度加荷，直至试样破坏.2.2 试验结果节间材和节部材圆竹的顺纹抗压强度试验值如表1和表2，竹节对圆竹顺纹抗压强度的增强较为明显，节部材的顺纹抗压强度较节间材提高约6%，节间材和节部材的最终典型破坏如图1所示.图1 圆竹受压破坏形态Fig.1 The compressive failure of bamboo culms试验结束后，测定试件含水率，除了含水率影响对比分析，所有强度结果按JG/T199-2007[11]转化含水率为12%时的强度，以消除含水率差异对试验的影响，计算方法如式(1)和式(2)，精确至0.1N/mm2：fc,12=Kfc,wfc,w(1)(2)式中：fc,12为含水率为12%时抗压强度，N/mm2；Kfc,w为竹材抗压强度含水率修正系数；w为试样含水率，%.表1 圆竹有竹节顺纹抗压强度试验结果Tab.1 Test result of compressive strength of bamboo culms with node试件编号破坏荷载/N含水率/%顺纹抗压强度/MPa试验时含水率12%YY1116 5640 1253 066 8YY2131 1540 2852 666 4YY3127 9047 6653 067 1YY489 8177 8141 252 2YY585 0076 5339 850 4平均值110 0856 4847 960 6标准差21 4719 146 17 6变异系数19 50%33 88%12 68%12 57%表2 圆竹无竹节顺纹抗压强度试验结果Tab.2 Test result of compressive strength of bamboo culms without node试件编号破坏荷载/N含水率/%顺纹抗压强度/MPa试验时含水率12%YW195 9838 9946 658 8YW299 4544 7748 861 7YW386 7958 5342 854 2YW4112 6361 3145 657 7YW591 663 8241 852 9平均值97 2953 4845 157 0标准差9 8010 952 63 2变异系数10 08%20 47%5 65%5 58%2.3 含水率的影响表1和表2中试件含水率在38%～78%之间，含水率变化范围为40%，试件抗压强度随含水率增加由减小趋势，为进一步验证含水率对圆竹抗压强度的影响，增加了节间材低含水率(11%～20%)试件，其抗压强度试验结果见表3.表3试验试件含水率在38%～63%之间，圆竹抗压强度平均值为45.1 N/mm2，表3试件含水率在11%～20%之间，圆竹抗压强度平均值为53.83 N/mm2，提高了近20%，含水率的降低将显提高圆竹的抗压强度.通过对比表2和表3，可以看出当换算成含水率12%时，两者抗压强度平均值基本相等.表3 圆竹无竹节低含水率抗压强度试验结果Tab.3 Test result of compressive strength of bamboo culms without node and low moisture content试件编号破坏荷载/N含水/%抗压强度/MPa试验时含水率12%YH1119 9211 9150 6249 97YH2121 3420 2553 5963 14YH3110 6011 8057 045609YH4146 7015 0556 9761 59YH5128 0014 0550 9353 70平均值125 3114 6153 8356 90标准差13 473 453 125 47变异系数10 75%23 58%5 79%9 62%2.4 试件单元的影响为了研究取材单元的影响，制作了竹片单元作为对比试件，同时研究了基于竹片试件的各抗压性能的差异.竹片抗压试件几何尺寸为：15 mm×55 mm×t mm，t为竹片壁厚.试件尺寸如图2所示.径向横纹抗压试件内外两侧应做打磨处理，以排除竹片弧度的影响.试件编号原则为：Y-顺纹抗压强度试件；XY-弦向横纹抗压强度试件；JY-径向横纹抗压强度试件，共计3组，每组5个试件，编号1～5.图2 竹片抗压单元试件尺寸Fig.2 The sample size of compressive Strength of bamboo sheets试验开始时，将试件放于抗压试验机的正中间，调节试验设备，使得试验设备与试件接触密实.依据JG/T199-2007的规定要求，以均匀速度加载，按每分钟80N/mm2均匀速度加荷，直至试样破坏.图3 竹片顺纹抗压强度试验装置Fig.3 Test equipment for determination of the compressive strength of bamboo sheets试验结果及分析：以竹片为单元的毛竹各组试件的抗压强度力学性能测试结果如表4所示.表4 竹片抗压强度Tab.4 Compressive strength of bamboo sheets指标编号Y1～Y5编号XY1～XY5编号JY1～JY5顺纹抗压强度/MPa弦向抗压强度/MPa 径向抗压强度/MPa含水率试验时含水率12%含水率试验时含水率12%含水率试验时含水率12%平均值46 9746 258 405 3131 2521 835 4020 7014 55标准差3 542 02 50 141 291 000 981 001 34变异系数/%7 544 274 272 624 124 5818 094 819 22竹片的顺纹受压破坏如图4(b)所示，破坏过程为竹黄部位先出现剪切破坏，随后竹青部位出现弯曲变形，导致竹青部位纤维撕裂出现错层现象.竹片的弦向受压破坏如图4(c)所示，破坏过程为竹黄部分先出现挤压破坏，随着荷载的增加初始局部破坏裂纹不断扩大，从竹黄部位向竹青部位斜向延伸，最终整个试件出现剪切破坏.竹片的径向受压破坏如图4(d)所示，破坏过程为试件厚度方向压缩变形，竹材纤维间出现错层，竹黄部位的两端出现局部破坏.以竹片为单元的毛竹各类受压破坏均表现为竹黄部位破坏较为严重，主要原因在于竹材截面在径向上维管束分布不均匀，竹青至竹黄维管束呈明显的阶梯状，靠近竹黄处维管束稀疏，承载能力弱，容易被压溃.竹片的顺纹抗压强度为58.40 N/mm2，竹片的弦向抗压强度为21.83 N/mm2，竹片的径向抗压强度为14.55 N/mm2，竹材顺纹抗压强度约为弦向横纹抗压强度的2.7倍，约为径向横纹抗压强度的4.0倍.图4 竹片受压破坏形态Fig.4 The compressive failure of bamboo sheets竹片和圆竹的顺纹抗压强度试验值对比结果如表5.表5 竹片与圆竹试样抗压强度结果比较Tab.5 The compressive strength between bamboo culms and bamboo sheets试件组别无竹节/MPa有竹节/MPa指标比平均强度58 4057 01 025由表5可见，不同的测试单元对毛竹顺纹抗压强度测试结果有一定影响，但不显著.以竹片为单元的毛竹纵向抗压强度略大于圆竹纵向抗压强度.主要原因在于竹片试件尺寸较小，测试时发生单纯的顺纹受压破坏，而圆竹试件不仅发生受压破坏，竹壁还发生了弯曲破坏，综合体现了材料和中空复合结构的破坏特征，因此测得圆竹的纵向抗压强度略小于竹片的纵向抗压强度.3 圆竹的径向环刚度3.1 试件制备与加载制度环刚度是管状材料抗外压负载能力的综合参数.按GB/T 9647-2003的试验方法，将规定的管材试样在两个平行板间垂直压缩，使管材直径方向变形达到试件内径的3%.根据试验测定造成3%变形的力F计算环刚度，计算公式如式(3).(3)式中：F为相对于管状材料内径3%变形时的力值，kN；L为试样长度，m；Y为变形量，m；d为内径，m.试件编号原则为：YH-有竹节环刚度试件；WH-无竹节环刚度试件，共计2组，每组5个试件，编号1～5.3.2 圆竹径向环刚度试验过程及现象无竹节环刚度试件首先会在与两加压面平行的直径方向出现裂缝，裂缝首先出现在竹青一侧，如图5a，随着荷载增加，裂缝会逐步向竹黄一侧扩散，直至贯通整个竹壁，试件破坏.有竹节试验试件，首先节隔中部垂直于加载面的方向出现竖向裂缝，逐渐扩展到竹黄至竹青方向，同时，类似无竹节试件，在与两加压面平行的直径方向出现裂缝，裂缝先出现在竹青一侧逐步向竹黄一侧扩散，直至贯通整个竹壁，试件破坏如图5(b).图5 环刚度试验现象Fig.5 The radical compressive failure of bamboo culms 3.3 试验结果分析节间材和节部材圆竹的径向环刚度试验值如表6和表7，竹节对其影响的对比结果如表8.表6 圆竹无竹节环刚度试验结果Tab.6 The radial compression of bamboo-culm without node试件编号计算荷载/N变形值/mm含水率/%环刚度N/mm2WH11 372 1110 08126 24WH21 532 2513 16132 47WH30781 1410 40130 94WH41 132 0814 55104 95WH51 191 9912 92115 69平均值1 201 9112 22122 06标准差0 280 441 9211 60变异系数/%23 5923 1315 699 50表7 圆竹有竹节环刚度试验结果Tab.7 The radial compression of bamboo-culm with node试件编号计算荷载/N变形/mm含水率/%环刚度N/mm2YH12 612 5826 69196 59YH22 542 2416 83218 19YH32 622 0710 4424354YH42 692 1911 29238 32YH52 401 7414 11265 17平均值2 572 1615 87232 36标准差0 110 306 5526 06变异系数/%4 2714 0141 2611 22表8 圆竹试样环刚度结果比较Tab.8 The radial compression of bamboo-culmwith node or without node试件组别有竹节/MPa无竹节/MPa指标比平均强度232 36122 061 904∶1由表可见，圆竹有竹节环刚度远大于圆竹无竹节环刚度，圆竹有竹节环刚度平均值超出圆竹无竹节环刚度平均值达90%，这主要是因为竹节对圆竹有紧箍作用，限制了其横向变形，从而使得有竹节环刚度远远大于无竹节的环刚度.4 圆竹抗弯性能强度4.1 试件制备与加载制度圆竹抗弯试验采用四点加载方式，位于试样跨中设置竖向位移计用来测量试样挠度.在试验进行前，首先确定加载梁、支座以及圆竹处于同一竖直面内.为防止圆竹在试验时发生滚动现象，同时避免文献[6]圆竹抗弯试验的中空薄壁圆竹被压溃，制作如图6所示支撑座，加载支座和支撑座应尽量作用在竹节处.图6 圆竹抗弯加载装置及试件Fig.6 Test equipment for determination of the bending strength of bamboo culms试件编号原则为：KW-圆竹抗弯试件，试件含水率从顶部到底部为40%～60%；KWH-圆竹抗弯低含水率试件，试件含水率从顶部到底部为10%～30%，共计2组，每组3个试件，编号1～3.4.2 试验结果分析在试验开始时，以匀速进行加载，KW和KWH两组试件分别荷载加至约10 kN 和7 kN时，达到试验设备最大量程150 mm，跨中挠度达试件跨度的1/20，试验结束，试件变形图如图7所示.由此可见，在实际工程中，当单圆竹作为受弯构件使用时，当采取竹壁压溃措施时，可根据正常使用极限状态要求控制设计.图7 圆竹抗弯强度变形Fig.7 The bending failure of bamboo culms4.3 影响因素分析4.3.1 含水率的影响KWH组试件含水率从顶部到底部为10%～30%，相比KW组的60%已有大幅降低，但最终试件未破坏，但圆竹抗弯强度随着竹材含水率的降低而降低，在相同挠度的情况下圆竹抗弯承载力下降约20%.4.3.2 试件单元的影响抗弯强度的测试采用两点对称加荷，两个加荷点距离支座各50 mm，加荷点间距 .按每分钟150 N/mm2的均速加荷直至试样破坏，记录破坏荷载.试样的抗弯强度的计算公式如式(4)所示：(4)式中：fm,w为含水率为w时顺纹抗弯强度，N/mm2； Pmax破坏荷载，N；h 为试样高度，mm；t为试样厚度，mm.4.3.3 抗弯强度试验研究抗弯试件加载及破坏形式如图8所示.破坏形式为纤维的纵向撕裂和横向剪切破坏.随着荷载增加，试样的弯曲变形逐渐增大，当弯曲变形达到极限变形时，顺纹方向竹黄部分首先出现裂纹，随着荷载的增加，裂纹不断增大并且沿径向逐步向竹青部分延伸，最终导致整个试样撕裂破坏.图8 竹片抗弯强度试验现象Fig.8 The bending failure of bamboo sheets试验结果及分析对比如表9所示，以竹片为试验单元的毛竹平均抗弯强度为108.60 N/mm2.由于圆竹抗弯强度试验未能获得最终破坏荷载，故未能量化取材单元对抗弯强度的影响.单圆竹作为受弯构件使用时，具备很好的变形能力，可根据正常使用极限状态要求控制设计.表9 竹片抗弯强度试验结果Tab.9 Bending strength of bamboo sheets试样编号破坏荷载/N含水率/%抗弯强度/MPa试验时含水率12%W1143941 081202123 75W2110238 5994 296 99W3139441 78100 8103 78W4120336 77105 6108 75W5107339 61106 3109 51平均值1242 239 57105 4108 60标准值167 032 008 608 80变异系数13 455 058 128 125 结论通过31个圆竹试样和20个竹片试样，研究了毛竹的各项抗压、环刚度和抗弯性能，获得以下结论：(1)对比分析毛竹的各项抗压强度，以竹片为试验单元，其顺纹抗压强度最高，约为弦向横纹抗压强度的2.7倍，径向横纹抗压强度4.0倍；对比取材单元的影响，圆竹由于中空结构的影响，发生的为轴压和竹壁弯曲的联合破坏，承载力较竹片试样低，实际设计时应予以注意.(2)竹节的存在有利于圆竹环刚度和抗压强度.竹节对圆竹的紧箍作用，限制了其横向变形，有竹节圆竹环刚度远大于无竹节圆竹环刚度，平均值超出90%左右；有竹节圆竹顺纹抗压强度较无竹节圆竹试件提高6.3%.(3)含水率对圆竹抗压强度和抗弯强度有较大影响，但其影响趋势不同.圆竹抗压强度随着竹材的含水率降低而增加，含水率降低20%～40%，抗压强度提高约20%，随着含水率的降低，在相同挠度情况下圆竹抗弯强度下降约20%.参考文献 References[1] 刘亚迪, 桂仁意, 俞友明, 等. 毛竹不同种源竹材物理力学性质初步研究[J]. 竹子研究汇刊, 2008, 27(2): 48-52.LIU Yadi, GUI Renyi, YU Youming, et al. 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