我国竹材资源丰富,竹材资源开发与利用有助于缓解木材资源严重短缺的现状。竹材的结构特性决定了竹材的变异性较大,难以满足竹质工程材料要求的材性均匀和稳定性。竹材要实现高效利用就必须经过分级工序,并设计出一套科学可行的方法制作出符合要求的竹质工程材料。本论文主要从竹材的材性变异出发,对竹材进行密度分级,用分级后的规格竹条制造竹层板并对其进行力学性能评价;研究了环氧树脂、间苯二酚胶粘剂、酚醛树脂对竹层板的胶合性能的影响;引入胶接界面应力模型,分析了胶接界面的应力、应变分布;研究了温度和水分对胶接性能的影响;最后利用不同等级的竹层板设计并制造了胶合竹,评价了胶合竹抗弯性能。论文得出主要结论如下:(1)规格竹条的密度和弯曲性能分布都范围较大,且规格竹条的弯曲性能与密度呈正相关关系,故对规格竹条进行密度分级是必要的。不同密度等级的竹层板的力学性能差异显著。(2)采用间苯二酚胶粘剂、酚醛树脂和环氧树脂3种胶粘剂对竹层板的干态剪切强度相差不大,与竹层板的剪切强度相当。三种胶粘剂水煮后的剩余剪切强度分别为4.64MPa、4.42 MPa和3.70 MPa;采用封端处理方法能够有效提高竹层板的水煮后剩余剪切强度,三种胶粘剂水煮后的剩余剪切强度分别提高了24.6%、22.0%和44.9%。(3)采用环氧树脂浇铸料的不同跨距的弯曲试验,测得EP155、EP277和EP219三种环氧树脂的平均弹性模量分别为2921 MPa、2213 MPa和3083 MPa,对应的平均剪切模量分别为359.37 MPa、281 MPa和454 MPa。EP155和EP277的弹性模量的差异证明了增韧剂CYH-277具有一定的增韧效果。(4)采用模型计算和数字图像相关的方法研究了竹层板胶接界面应力、应变分布规律。载荷作用初始阶段,胶接界面应变场分布比较分散;随着加载的继续,胶接界面的横向应变场、纵向应变场和剪切应变场分布逐渐集中。利用Volkersen剪切应力模型验证了竹层板胶接应力分布的适应性性和准确性,得出该模型适用于竹层板的胶合理论,为竹层板的胶接设计提供理论基础。(5)采用DMA方法研究了竹材及其胶接件的动态力学性质。室温至200℃范围内随温度的升高,竹材的储存模量逐渐降低,其损耗角的正切值逐渐增加;酚醛类胶粘剂的胶接件在140℃左右发生木质素的玻璃化转变,而环氧树脂的胶接件在100℃左右就出现环氧树脂的玻璃化转变,说明酚醛类胶粘剂的耐热性比环氧树脂好。(6)采用TGA分析方法研究了竹材及其胶接件的热稳定性,得到其热解动力学参数。竹材在200℃前降解缓慢,200℃后竹材开始快速降解,在350℃左右出现降解速率峰值,到400℃以后,大部分物质已经降解完,此时降解速率又变缓慢。竹材最终残余质量约为18%;竹材的最大降解速率比其与环氧树脂和间苯二酚胶粘剂胶接件的最大降解速率大,这说明两种胶粘剂都能与竹材形成良好的交联;采用FWO法计算出竹材的表观活化能为135.9 kJ·mol-1~154.0 kJ·mol-1;环氧树脂胶接件的表观活化能范围为147.25 kJ·mol-1~188.18kJ·mol-1;间苯二酚胶粘剂胶接件的表观活化能为128.2298 kJ·mol-1~151.0279 kJ·mol-1。(7)水分在胶合竹中的传递主要沿纵向进行传递,纵向传递速率远大于横向(径向和弦向),且弦向干缩系数略大于径向干缩系数。对于环氧树脂,从绝干状态到气干状态时竹层板的胶层剪切强度略微下降,气干状态下的胶层剪切强度与饱水状态下的相差不大;对于间苯二酚胶粘剂,随着含水率的增加,胶层剪切强度呈明显下降趋势。环氧树脂胶接竹层板是对其含水率要求不高,但间苯二酚胶粘剂对竹层板含水率的要求比较严格。(8)参照胶合木的设计原则,设计并制造了两种类型的胶合竹,测得A型和B型胶合竹的弯曲强度分别为87.13 MPa和82.16 MPa,对应的弹性模量分别为13300 MPa和16000 MPa。胶合竹的典型破坏模式是其受拉伸区域竹层板拉伸破坏。采用计算胶合竹的弯曲性能的方法比较可靠,弹性模量和弯曲强度的计算误差分别为7.6%和23.0%。