影响Nonprestressed /预应力粘贴栏竹梁的抗弯性能

文摘

到目前为止,系统全面的加强技术尚未形成竹结构。在这样的背景下,本文旨在探索nonprestressed的应用的影响,预应力玄武岩纤维增强聚合物(粘贴)酒吧的梁的抗弯性能使叠层竹子和重组竹材料。两个系列的四点弯曲试验进行。在第一系列测试,纯叠层竹梁和层压竹梁应用nonprestressed粘贴栏进行比较。测试结果表明,层压竹梁的极限荷载和变形能力提高是由于粘贴栏的存在。第二轮测试,重组竹梁应用nonprestressed和预应力粘贴酒吧比较。发现重组竹梁的极限荷载并不是提高了预应力力的应用。相关的进一步分析引起的预应力损失证明,预应力损失之前释放预应力粘贴栏可能达到31.8 -37.3%设计初始预应力的压力。引起的预应力损失竹梁的弹性变形可以忽略。所有测试标本,飞机部分的假设是可以接受的,梁的中性轴的位置逐渐移动应用负载的增加。

1。介绍

木头,一个典型的生物材料,已广泛应用于民用建筑、汽车工业、家具行业(1- - - - - -3木材结构[],它促进了广泛的研究4]。仍有许多缺点的木材,包括长期增长,再生缓慢,一个重要的不足,和原材料的利用率较低5,6]。因此,有必要探索更可行的和适当的材料类似于木材,竹子是吸引了研究人员的关注。与木材相比,竹子的优势证明如下:(1)更快的增长速度,(2)比强度高,(3)特定刚度高,(4)较低的水溶胀比(7,8]。竹子可以方便地获得在中国,特点是节省成本,环境友好,和再循环能力9- - - - - -11]。

然而,原始和未处理竹材料的机械性能不稳定,与大型离散性(12]。许多不可避免的缺陷也可以发现在未处理竹材料,结果在一个贫穷的耐久性(13- - - - - -15]。利用优势的竹子和改善其原料的稳定性和性能,类型的竹工程材料,包括叠片竹(16,17和重组竹18,19),被提出和研究,这有利于降低材料的离散性和扩大实际应用的竹7]。同样的木质结构,竹结构的设计通常是由结构刚度控制(20.),这限制了竹子的应用工程材料和浪费大量的力量能力。

揭示了许多现有的调查竹梁的抗弯性能,竹梁的失效模式主要是竹纤维的断裂强度和弯曲载荷下的过度中跨偏转。因此,为了提高竹工程材料的实际利用率,加强技术(21- - - - - -24建议和重要的必要性。先前的研究的木材结构,加强技术包括预应力钢筋(21碳纤维增强塑料制成,CFPR)表25)、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)表26和碳纤维增强塑料棒27)等。然而,不兼容的钢木弹性模导致木材的重要变形和大引起的预应力损失28]。

竹结构的加强技术不系统和综合与木材相比结构29日]。魏等人进行了一系列的测试来研究钢筋的影响和FRP板竹scrimber梁的抗弯性能(29日]。试验结果表明,纤维增强聚合物的应用可以有效地提高竹梁的抗弯性能。与钢铁和碳纤维增强塑料相比,玄武岩纤维增强复合材料的弹性模量(粘贴)相对较小30.),这可能会有一个更好的合作工作性能与竹工程材料(31日]。引起的预应力损失的分析和叠片竹梁的抗弯性能应用预应力粘贴单已经由Lv et al。32]。

灵感来自上面的研究,探讨了应用粘贴栏的叠层梁竹和重组竹梁。总的来说,两个系列的测试参与本研究。在第一个系列中,应用的效果nonprestressed粘贴栏在层压竹梁的抗弯性能进行了评估。在第二个系列中,应用程序的初始预应力的影响力量上粘贴栏重组竹梁的抗弯性能评估。

2。材料特性

2.1。竹工程材料

在目前的研究中,叠片竹子是由竹书和重组竹从竹纤维制作的。基于生产过程需求的竹工程材料,3 - 5岁的毛竹竹被选中。共24层压和重组竹标本30毫米×30毫米×45毫米尺寸测试压缩下,共24层压和重组竹样本的维数30毫米×8毫米×300毫米张力/中国的标准下进行测试(33,34]。测试结果表中列出1。

2.2。粘贴栏

粘贴栏的几何形状的重要性之间的粘结行为出现酒吧和竹工程材料。故意设计的几何形状的粘贴栏如图1。粘贴的材料属性栏列表在表1。

3所示。测试程序

3.1。样品制备

木梁的主要施工方法应用玻璃钢杆可以特色为:嵌入玻璃钢杆槽的槽木梁,然后粘在一起由环氧树脂或酚醛树脂(31日,35- - - - - -37]。上述方法适用于施工现场,但相对比较复杂,费时,高价,材料浪费。为了应对建筑工业化所倡导的中国最近,once-forming方法适合批量生产工厂采用本文中简化了制造工艺与玻璃钢杆竹梁的应用。once-forming处理技术(38)总结了层压竹梁和重组竹梁应用粘贴酒吧,分别为:(1)叠层竹梁粘贴栏:剥离,干燥、浸渍、嵌入粘贴酒吧,并行装配,热压,切割;(2)重组竹梁粘贴栏:破碎、干燥、浸渍、嵌入粘贴栏、并行装配、冷榨、热固化、切割。很明显,粘贴栏是嵌入在竹束在制造过程中。此外,粘贴栏建议嵌在竹子的竹束平行条纹或竹纤维。

3.2。预张力的方法

如图2(一个),竹梁的钢模具的设计,也可作为反应设备的预张力系统中描述的数据2 (b)和2 (c)。在竹梁应用预应力粘贴栏、预应力张力系统分为张拉端(见图2 (b))和固定端(见图2 (c))。粘贴栏的主要锚固过程总结如下:粘贴栏首先放置在钢管的中心与内部线程然后环氧树脂是涌入债券粘贴栏的钢管和钢管。

有三个步骤的预张力粘贴栏:(1)位置粘贴栏底部的竹束。之间的距离的外表面粘贴栏和梁底面设计为14毫米,这也被认为是封面深度。(2)施加初始预应力力粘贴栏。采用分段张力的方法在目前的实验程序,直到目标初始预应力的力量。(3)按竹梁和释放粘贴栏。在达到目标的初始预应力力,竹梁按(部分中提到3所示。1),然后预应力的张拉端张力系统删除。

3.3。初始预应力力的控制

设计初始预应力力的原则是避免太大的初始变形竹束、大型竹梁之间的粘结滑移和粘贴粘贴栏的酒吧和蠕变断裂。初始预应力的设计力量应用于粘贴栏分析基于以上三点。

3.3.1。初始预应力力的控制

当初始预应力力应用于粘贴酒吧很大,竹梁可能在过度anti-arch状态正常使用状态和价值太大anti-arch竹梁上的负面影响。推荐的初始anti-arch偏转造成的初始预应力力粘贴栏被定义为l/ 500的原则最初anti-arch偏转等于死者偏转是由于负载,在静负荷为0.15 kN / m²和l是竹梁的总长度。对于一定的初始预应力水平,计算初始anti-arch偏转可以与推荐的初始anti-arch挠度相比,l_t/ 500,确定初始预应力水平是适当的。

引起的预应力损失时被忽视和竹梁的弹性状态被认为处于正常使用状态,初始anti-arch价值, ,引起的竹梁的初始预应力力粘贴禁止在下列方程表示:

在哪里是初始时刻由初始预应力力引起的, ,并表示在情商。2);E竹梁的弹性模量,列在表吗1;我等于黑洞³/ 12竹梁的惯性矩,和竹梁的宽度和高度,分别如图3 (b)。

在哪里等于是初始预应力的压力;假定为是粘贴栏的横截面面积;是粘贴栏的公称直径;是覆盖深度,是14毫米。

3.3.2。粘结滑移的验证竹梁粘贴栏

基于之前的研究(38),债券的优点, ,叠层bamboo-BFRP栏复合试样的键长90毫米和300毫米17.46 kN, 49.53 kN,分别。键的强度的重组bamboo-BFRP酒吧复合标本的键长124毫米24.75 kN。此外,粘贴栏之间的结合和重组竹比粘贴纤维之间的结合酒吧和叠层竹子。为了避免出现酒吧和竹梁之间的粘结滑移,应用初始预应力力,F_我应该控制不到键的强度, ,在下列方程表示:

3.3.3。检查粘贴栏的蠕变断裂

粘贴纤维的蠕变酒吧可以预计由于纤维增强树脂的存在。典型的creep-time玻璃钢杆如图的曲线4(39],它可以分为三个阶段,包括应变增长阶段,稳定阶段和断裂阶段。蠕变断裂,压力水平的粘贴栏在故障点的极限应力小于粘贴酒吧(40]。根据测试结果由王et al。41),粘贴的预应力水平栏可以确定为0.52σ_你以避免蠕变断裂。

3.4。样品的细节

两个系列的测试采用目前的研究。所有粘贴酒吧使用的两个系列标本的公称直径12毫米。的细节表中列出的第一个系列的标本2。在第一个系列,标本A0是一个纯粹的叠层竹梁没有粘贴栏,和标本A1是叠层竹梁应用粘贴栏但没有采用初始预应力力。

第二系列标本中列出的细节表3。在第二个系列中,重组竹梁应用采用粘贴栏。为了方便和安全施加预应力力,重组竹梁的尺寸在第二系列相比第一季度增加一系列的标本。然而,标本在第二系列的尺寸波动小,因为制造错误。特别是,相对较大的偏差的价值一个_年代观察标本B0, B1, B2。的测量值一个_年代三个标本是13毫米,24毫米,和23毫米,分别,而设计的价值一个_年代应该20毫米。这种现象解释如下:粘贴栏的位置是由细钢丝在当下的研究只提供小粘贴栏克制。在重组竹梁的制作,粘贴栏的位置改变下紧迫。因此,有必要提出一个更好的限制装置控制的位置粘贴栏在未来的研究中。没有初始预应力力量应用于标本B0,和18.29 kN, 16.73 kN的初始预应力力量应用于标本B1和B2,分别。

标本B1和B2的初始anti-arch偏转,债券重组竹梁之间的滑移和粘贴栏和蠕变断裂粘贴栏需要检查一下。列在表3为样本,计算初始anti-arch变位B1和B2是3.14毫米和2.87毫米,分别,都不到l/ 500。正如上面所讨论的,对重组竹beam-BFRP酒吧复合标本的键长124毫米,键的强度是24.75 kN远远超过应用初始预应力的力量。实际上,债券重组竹梁的长度应用粘贴酒吧设计为300毫米,和找到键的强度增加而增加债券的长度。因此,重组竹之间的粘结滑移和粘贴栏在标本B1和B2是可以预防的。此外,所需的部分3.3。3的蠕变断裂粘贴栏可以避免当初始预应力应用力(18.29 kN或16.73 kN)小于101.40 kN(0.52σ_你一个_b)。

3.5。测试协议

采用四点弯曲试验在目前实验协议对所有标本,如图5,2 kN的预装应用于样本来验证设备的可加工性。然后,标本是加载的加载速率3 kN /分钟直到失败。应变式的布局和位移传感器为第一和第二系列图所示6。所有数据被自动收集TDS 530。如图6,两个之间的距离为两个系列的标本是1080毫米和1740毫米,分别。

4所示。测试结果和讨论

4.1。实验观察

第一个系列:A0标本和A1,层压竹梁的挠度缓慢增加,在初始加载阶段增加负载。比例极限后,层压竹梁的挠度迅速发展。应用负荷近似极限载荷时,竹纤维逐渐断裂,伴随着小声音。小裂缝开始加载点和传播到中间的层压竹梁,如图7(一)和7 (b)。

在标本A0,层压竹梁的失败伴随着一声巨响,没有更多的负载可以抵制叠层竹梁,这意味着叠层竹梁的彻底失败。标本A1,层压竹梁极限荷载也支离破碎,但粘贴栏仍然可以工作和维持一些负载的一部分。层压竹梁的强度逐渐降低进一步的偏转。前的测试标本的A1停止彻底失败的叠层竹梁的挠度叠层竹梁太大。标本的失败照片A0和A1在第一个系列图所示7(一)和7 (b)。

如图7 (c)之间,没有显著的粘结滑移层压竹梁和粘贴栏,这证明了once-forming采用本文方法是有效的。在图7 (d),表面粘贴栏变得相对模糊和一些纤维断裂。这一现象表明,粘贴栏在测试期间持续力的一部分。

第二个系列:类似于第一个标本检测系列、重组竹梁的挠度逐渐增加而增加的负载在初始加载阶段,但重组竹梁的挠度发展很快在所有样本的比例极限后第二个系列。极限载荷,竹纤维底部的梁局部断裂,伴随着一声巨响。失败的照片,包括总体视图和本地视图,标本B0, B1, B2在第二个系列图所示8。重组竹的失败梁粘贴栏通常开始在梁的中间,然后传播以及竹梁的高度。失效模式的三个标本B0, B1, B2的断裂特征竹纤维在拉伸区域。如图9,即使预应力力应用于粘贴栏,重组竹梁之间的粘结滑移和粘贴栏是可以避免的。试样的设计被证明是正确的实验观察。

4.2。简的关系

负载和中跨挠度曲线的标本A0 A1,标本B0, B1, B2数据所示10 ()和10 (b),分别。最初anti-arch偏差被认为是在图10 (b)。然而,第二个系列的位移传感器偏离原来的位置,使数据失败后不能使用。为了避免这种现象,应采用非接触测量装置。

第一个系列:如图10 (),几乎线性增加的负载增加中跨在初始加载阶段挠度。当负载增加的比例限制,层压竹梁进入塑性状态和负载之间的关系,中跨偏转非线性。在层压竹梁的失败之前,挠度发展在一定程度上。可以看出这两个纯叠层竹梁和层压竹梁应用粘贴栏有一个很好的变形能力,保证一个良好的能量耗散能力。与样品相比A0(纯叠层竹梁),试件的延性A1与粘贴的存在增加了酒吧。这种现象可以解释如下:极限载荷后,粘贴栏的标本A1仍可能维持部分负载,使标本A1的失败更韧性而标本A0的突然失败。然而,标本的失败A1启动装载点和附近的裂缝传播沿粘贴栏,如图7 (b)。标本A1的失败并非由于粘贴纤维杆的断裂,但仍然竹纤维制作的。粘贴纤维的拉伸属性栏没有充分利用,导致有限的提高延性。

的最终负荷标本A0和A1 9.76 kN, 10.96 kN,分别。很明显,粘贴栏的应用在层压竹梁可能增加的霸菱能力层压竹梁。这种现象可以解释如下根据上述实验的观察:纯叠层竹束无法抗拒任何更多的负载和极限荷载之后很快就失败了。然而,粘贴栏参与叠层竹梁的力传递应用粘贴栏,提供额外的承载力。如图10 ()的刚度两个标本在初始加载阶段几乎是相同的。进一步增加的负载,试件的刚度A1成为标本A0的比。

第二个系列第一个系列:类似于标本中,中跨偏转线性增加的负载,直到第二个系列的比例限制。然后,标本进入非线性阶段,这意味着开发的偏转速度比负载。发现重组竹梁和预应力应用竹也有良好的变形能力。与标本B0相比,中跨变位在标本B1和B2的终极负载更大一点。

的最终负荷标本B0, B1、B2和50.0 kN, 43.5 kN,分别和48.5 kN。观察到的差异的最终加载标本B0, B1, B2主要是由不同维度的三个标本由于制造误差。然而,预应力力不会提高竹梁的极限荷载。的极限载荷,类似的变异被发现Borri et al。42木梁的极限载荷是不受预应力可以参与的应用玻璃钢酒吧。如图10 (b),无论初始预应力力采用重组竹梁的刚度不会改变,一个相关参数的样本维度。的细微差别的初始刚度三个标本也由不同的维度。

4.3。应变分布沿梁高度和中性轴的位置

沿梁高应变分布可以捕捉到应变式y 2, Y-3, 4元附加到标本A0 A1和应变式Y-3, 4元,y - 5,和Y-6标本B0, B1, B2,如图所示11根据不同的负载。图的横坐标是测量应变值,纵坐标是应变计之间的距离和梁的底面。几乎线性应变分布沿梁高跨中可以明显发现的整个加载历史。因此,所有标本的平面部分的假设是可以接受的,包括纯叠层竹梁、层压竹梁粘贴栏和重组竹梁nonprestressed /预应力粘贴栏。

根据检测到的应变值在图11中性轴的位置,中跨不同载荷下计算和列在表4和5两个系列的标本。如表所示4,两个标本A0的中性轴的位置和A1逐渐下移随着负载的增加。与样品相比A0没有粘贴栏,标本的中性轴A1在相同负载下较低。这种现象可以解释如下:作为显示在图10 (),标本的应用负载A1大于标本A0同一中跨下的挠度由于粘贴酒吧的存在,它表现出更高的标本中跨截面时刻A1。基于等效中跨中截面的力,抗压力量抵制部分竹梁的截面因此增加,最终导致增加的高度压缩区。直到极限载荷,标本A0的中性轴和A1在竹梁高度的0.468和0.304,分别。

列在表5B0,中性轴的三个标本,B1, B2在初始加载阶段几乎保持不变(少于10 kN)。然后,中性轴的三个标本逐步下降的进一步增加负载。相比与标本B0 nonprestressed粘贴栏、B1和B2标本应用与预应力粘贴栏有一个相对相似的比例h_l/h。这种现象是解释如下:测量应变值开始的启动加载期间因为压力无法检测到once-forming制造应用重组竹梁的预应力粘贴栏在工厂。的影响重组竹梁的初始压力和粘贴栏没有被认为是在目前的研究中,这使得类似的标本B0的中性轴高度计算,B1, B2。

4.4。载荷应变曲线

所有测试标本的载荷应变曲线如图所示12。获得的数据从应变式Y-1和y - 5,分别监测应变变化的顶梁表面和底梁表面标本A0 A1,如图6(一)。如图6 (b)顶梁的应变变化,表面和底梁表面在标本B0, B1, B2是评价获得的平均应变值应变式Y-1, y 2顶梁表面和应变式Y-7, Y-8梁底部表面分别。一般来说,最大压应变大于最大拉伸应变对所有标本。所有标本的失败被解释为试样的拉伸应变达到最大拉伸应变。

很明显,线性应变变化可以观察到在所有标本在初始加载阶段这两个系列的。这种现象给予与负载和跨中挠度曲线的弹性范围在初始阶段讨论的部分4.2。如图12(一个),试样的压缩应变A0没有粘贴栏是大于,在标本A1与粘贴栏在相同负载应用。可以找到类似的法律在标本A0拉伸应变和A1。

5。重组竹梁的预应力损失与预应力应用粘贴栏

5.1。引起的预应力损失的定义

在制造过程中应用重组竹梁的预应力粘贴栏、类型的预应力损失进行了总结如下:(1)由变形引起的张拉设备和收缩粘贴栏由于紧缩的地脚螺栓;(2)由于张拉夹具之间的粘结滑移和粘贴栏;(3)放松造成的粘贴栏在达到目标前初始预应力力和粘贴栏的释放;(4)重组竹梁的弹性变形引起的释放的时候粘贴栏。

5.2。测量引起的预应力损失

如前所述,重组竹梁的制造是在工厂进行的。很难监测预应力强行通过应变值的变化;因此,预应力损失只是定量测量完成后测量anti-arch偏转的标本。的总引起的预应力损失的比例 , _,和理论初始预应力的压力, ,可以评估理论anti-arch挠度之间的区别, ,并测量anti-arch偏转, ,在粘贴栏的释放,在方程(4)。

在哪里是理论上的初始预应力引起的压力 ; 预应力引起的压力吗和是实际的初始预应力力考虑预应力的损失 , ,和释放前粘贴栏。基于方程(1平面部分)和假设,实际的初始预应力引起的弹性变形力在方程计算(5)和(6)。

在哪里造成的截面力矩引起的预应力损失吗 。因此,计算基于方程表示如下(5)和(6):

在哪里y是中性轴与轴之间的距离粘贴栏。

测量和计算预应力的损失表中列出6。发现初始预应力力的减少引起的预应力损失造成的 , 和目前的研究范围从31.8%到37.3%。减少初始预应力力产生约3.55%的初始预应力力理论。相比之下, ,的引起的预应力损失 , 和对初始预应力的影响更重要的力量。

5.3。有效预应力力

基于上述分析,有效预应力, ,可以通过减去总引起的预应力损失, ,从设计初始预应力力, ,这是指定如下:

在哪里包括 , , 和 。此外,有效预应力的表达式可以简化如下:

6。结论

本文纯叠层之间的弯曲性能的差异竹梁和层压竹梁应用nonprestressed粘贴栏和重组竹梁之间应用nonprestressed粘贴栏和预应力粘贴栏进行了讨论。两个系列的四点弯曲试验进行了本实验项目。主要结论概括如下:

(1)基于第一个系列的测试结果,发现层压极限载荷的竹子的应用增加了nonprestressed粘贴栏。层压竹梁的刚度相对改善在非线性阶段。在第二个系列中,重组竹梁的极限荷载被发现不提高预应力力的应用。重组竹梁的刚度没有影响的初始预应力力粘贴栏在线性阶段。

(2)应用程序的初始预应力的设计力是基于以下原则:避免(a)太大初始anti-arch变形,(b)之间的粘结滑移竹梁和粘贴酒吧,和(c)粘贴栏的蠕变断裂。前引起的预应力损失的释放预应力粘贴栏占31.8 - -37.3%的设计初始预应力的力量。此外,引起的预应力损失竹梁的弹性变形引起的初始预应力设计压力的3.55%左右。有效的初始预应力钢筋应力的计算方法分析的基础上提出引起的预应力损失。

(3)纯叠层竹梁的突然失败是由于竹纤维的断裂而相对叠层竹梁的延性失败应用粘贴栏被推迟由于粘贴栏的存在。就业的预应力力没有显著影响重组竹梁的破坏模式。

(4)基于应变沿梁的高度,分析平面部分假设被发现适合层压竹梁和重组竹梁。所有标本的中性轴逐渐下降的进一步增加负载。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢国家自然研究和开发基金的资金支持(9 z05000049d0)和集成关键预制组件和新Wood-bamboo复合结构(2017 yfc0703502)。

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