【摘 要】
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我国竹材年产量居世界首位,在我国发展竹结构具有资源优势。钢材轻质高强,但易屈曲失稳;竹材节能环保,强度较高,但受拉呈脆性破坏,且刚度偏小。将钢与竹连接形成一个整体结构,钢材承受拉力,竹材承受压力,竹材为钢材提供侧向刚度,钢—竹组合结构既避免了两种材料的劣势,又充分发挥了各材料的优势。本文以热轧H型钢和平压竹集成材为钢—竹组合材料,通过抗剪连接件连接,对连接件进行推出试验。平压竹集成材是一种将竹片经
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我国竹材年产量居世界首位,在我国发展竹结构具有资源优势。钢材轻质高强,但易屈曲失稳;竹材节能环保,强度较高,但受拉呈脆性破坏,且刚度偏小。将钢与竹连接形成一个整体结构,钢材承受拉力,竹材承受压力,竹材为钢材提供侧向刚度,钢—竹组合结构既避免了两种材料的劣势,又充分发挥了各材料的优势。本文以热轧H型钢和平压竹集成材为钢—竹组合材料,通过抗剪连接件连接,对连接件进行推出试验。平压竹集成材是一种将竹片经过胶粘剂粘结且经过一系列化学、物理措施制得的复合型竹材。本文对平压竹集成材的物理及基本力学性能,包括销槽承压性能进行了研究,为平压竹集成材的工程应用提供原始数据积累。重点对H型钢—平压竹集成材抗剪连接受力性能展开研究,通过10组共30个抗剪连接件的推出试验,分析抗剪连接件的连接方式、材料性能、直径、纵向间距对抗剪连接性能的影响,观察变形过程与破坏模式,探究连接件轴向应变、H型钢翼缘应变及竹集成材应变的变化规律。取得了以下主要研究成果:(1)平压竹集成材密度均一且力学性能稳定,完全能满足建筑结构用材的力学性能要求。(2)平压竹集成材的销槽顺纹承压强度随销直径增大而减小,初始刚度随销直径增大而增大,但两者均在销直径达14mm后趋于稳定;试样销槽承压破坏形态与性能不受试样厚度的影响;全孔式孔槽对增强试样的延性有所帮助。(3)H型钢—平压竹集成材抗剪连接试件的荷载一相对滑移曲线呈现出明显的分段特征,可分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。试验后竹材的销槽变形显著,采用螺栓和螺柱连接形式的试件型钢孔塑性变形明显,连接的破坏形式为连接件受弯屈服产生塑性铰。(4)连接件本身的材料性能直接影响连接件的承载能力,但合适的连接形式能增强连接件的延性,更大程度发挥连接件的抗剪能力;连接件的承载能力和抗剪刚度均随连接件直径、纵向间距的增大而增大。(5)基于Johansen破坏模式分析连接件承载能力,得出螺柱连接试件应考虑绳索效应的结论,并推导证明双排螺柱连接件之间存在群体作用,提出了考虑绳索效应和群体作用后的连接件抗剪承载力计算公式,与试验值进行了对比,理论值与试验值误差较小,理论计算公式是合理可行的。(6)对绳索效应产生原理展开探讨,建立了引起绳索效应的连接件轴向拉力与连接件极限抗拉承载力的关系式,绳索效应中连接件的轴向拉力最大值可取连接件极限抗拉承载力的0.3倍。(7)比较推出试验得到的抗剪刚度实际值与现行规范中有关抗剪刚度理论值,发现现行的抗剪刚度计算公式不能准确预测H型钢—平压竹集成材螺柱连接件的抗剪刚度。
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