内置竖向钢板增强重组竹梁研究

内置竖向钢板增强重组竹梁研究

黄紫馨 沈杰 李佩璇

东北林业大学土木工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150040

摘要：本文对国内外重组竹的发展现状进行了综述，提出内置竖向钢板来增强重组竹梁，并将增强技术与重组竹制作工艺进行了进一步的结合，介绍采用热压一体成型的方式形成内置竖向薄钢板增强重组竹梁，为开展增强重组竹性能方面的研究提供参考。

关键词：重组竹，钢板，制作工艺，刚度

0.引言

 随着时代的发展，低碳环保已成为社会共识，绿色节能新途径在不断拓展，竹材在保护环境方面具有明显的优越性。竹材具有强度高、塑性好等优良的结构性能，但竹材也存在质地不均匀、几何变异性大的初始缺陷，使其在建筑结构领域的发展受到了局限。在国家绿色发展的倡议下，近年来出现了各种工程竹制品，如重组竹、胶合竹等。重组竹不仅具有传统竹材的优良特性，与传统竹材相比较，还具有离散型好、可塑性强的优点。作为我国最主要的竹质复合工程材料之一，其高效的制造方式和优良的力学性能使其在建筑行业中具有良好的应用前景，但我国目前在重组竹的建筑结构方面缺乏系统研究。本文对不同工况下的钢板对于增强重组竹梁受弯性能的影响进行了总结，提出设计建议，为我国对重组竹在建筑结构中的系列研究提供参考，为重组竹梁在大跨度结构中的应用增加可能性，为拓展重组竹梁工程应用领域，提升内在价值提供了新思路。

1.增强重组竹梁研究及优势

重组竹是一种将竹材重新组织并加以强化成型的一种竹质新材料。

重组竹的受力性能良好，吸引了国内外学者的关注，为了能高效地应用这种材料，拓宽其应用领域，他们对其展开了研究。在重组竹梁受力性能的研究方面，魏洋等^[1]对竹帘胶合板、竹材层积材和重组竹3种竹质工程材料比较后发现重组竹力学性能稳定、离散性小、强度高，适宜制作承重构件结构柱。

Pengcheng Liu等^[2]对毛竹的物理和机械性能进行了系统的试验研究和分析竹下纵向拉伸和横向拉伸条件的破坏形态、过程和力学性能。得到竹竹子以下拉伸性能：在标准的水分含量的平均纵向拉伸强度为144.81MPa，拉伸弹性模量16.57GPa。

陈思等^[3]发现重组竹在持续受压荷载作用下，应力水平较低时，蠕变变形发展稳定，不会发生承载力破坏；应力水平较大时，将会直接导致重组竹受压屈曲破坏，蠕变变形呈非稳定性增长。

综述近年来研究人员的研究成果，可以得出结论：重组竹虽然具有良好的受力性能，适合运用到建筑结构，但作为受弯构件，重组竹相对较小的弹性模量使其在结构工程领域中的发展受到局限。

另一方面，对于增强重组竹梁受弯性能研究，Yang Wei等^[4]提出由纤维增强的聚合物（FRP）嵌入在内部拉伸区域与另外的竹板复合片材加强，对促进竹梁的截面的压缩区域的压缩行为产生有利的影响。

伍希志等^[5] 针对重组竹刚度较小的问题，提出一种重组竹板和碳纤维增强聚合物(CFRP)厚板嵌合粘接的新型重组竹复合材料。发现CFRP可以明显提高重组竹梁的弹性模量和静曲强度。

刘其松、赵志高等^{[6] 、[7]}分别以纤维布和碳纤维为增强体,增强后的重组竹力学强度及尺寸稳定性大幅提高，抗弯承载力和变形性能相比增强前得到了明显的改善。

Yong Zhong等^[8]采用配筋增强竹梁增强受弯性能，钢筋和竹构件可以牢固地形成一个整体的复合截面，其组合梁的破坏模式，极限荷载和截面刚度与钢筋的直径以及热强度密切相关。

盛叶等^[9]进行了重组竹-铝板组合梁受弯性能试验研究。研究表明使用铝板加固重组竹梁明显提高受弯承载能力，提出了重组竹-铝板组合梁受弯承载力简化计算公式。

张家亮等^[10]对箱形截面钢-竹组合梁进行了一系列的抗弯试验研究。研究表明,钢-竹组合箱形梁的破坏具有明显的延性特征,具有良好的安全储备。

综述近年来研究人员的研究成果，可以得出结论：增强重组竹梁的受弯性能相比于普通重组竹梁得到显著提高，通过增强重组竹梁的方式，可以明显提高重组竹梁的强度及刚度，为拓宽重组竹的应用范围提供了可能。

通过分析近年来国内外相关研究发现，目前国内外提出增强重组竹梁受弯性能方法中，以配置钢筋与纤维材料为两个主要方向，配置钢筋增强时，破坏了竹梁的整体性，纤维增强时，竹梁与其协同工作性能较差。国内外并没有关于内置薄钢板增强重组竹梁受弯性能的研究。而且本研究采用内置薄钢板既保证了重组竹梁的整体性，又可以保证重组竹梁与其的组合效应。对增强重组竹梁受弯性能进行研究，不仅能节约材料，提高经济效益，而且可使重组竹梁在大跨度结构中应用成为可能，实用性将大幅提高。

2.内置竖向钢板增强重组竹梁

重组竹是以竹束纤维为构成单元，将竹材重新组织并加以强化成型的新型竹质材料，即将竹材加工成长条状竹篾、竹丝或碾碎成竹丝束，经干燥后浸胶，再干燥到要求含水率，然后铺放在模具中，经高温高压热固化而成的型材。

本研究在重组竹中内置薄钢板，经热压一体成型，形成内置竖向薄钢板增强重组竹梁。该梁可避免由开槽处理而削弱构件承载力，不仅整体性好、承载力高，而且无需安装其他锚固装置，使其施工便捷高效，适用范围广泛。此外，由于内置钢板的弹性模量约为重组竹的10~20倍，在增加梁体有效梁宽的同时，重组竹梁刚度得到显著提升，且内置钢板可使重组竹梁由变形控制转变为承载力控制，故达到节约材料，提高经济效益的目的，并拓宽其工程应用领域，提升内在价值。

综上所述，通过自行研发的内置竖向薄钢板增强重组竹梁，将增强技术与重组竹制作工艺相结合。通过内置竖向钢板可达到提高重组竹梁刚度的效果，从而实现重组竹材料的高值利用，研究重组竹梁受弯性能，扩展重组竹梁适用范围，为竹木结构发展奠定坚实基础。

3.结论

本文介绍在重组竹中内置薄钢板，经热压一体成型，形成内置竖向薄钢板增强重组竹梁，达到增强重组竹梁刚度的效果，进而实现节约材料，提高经济效益的目的，同时让重组竹梁在大跨度结构中应用成为可能，结合我国资源优势，为拓展重组竹的工程应用打开了新思路。因此，本研究具有重要的工程意义与社会价值。

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