重组竹梁抗弯试验研究开题报告

1. 研究目的与意义

2008年5月12日，四川汶川发生了8.0级地震，村镇住宅、教学楼等普遍采用的砖混甚至是钢混结构在此次地震中受到惨重的破坏，造成了巨大的损失，这使得我们不得不思考地震区适宜的结构材料与结构形式。众所周知，木结构建筑具有良好的抗震性能，然而，我国森林资源匮乏，树木再生周期长，使木结构的应用受到一定的局限性。以竹代木，竹结构建筑同样具有木结构类似的性能优势，其竹纤维强度大、刚性大、抗冲击能力强，因此，竹结构在土木工程应用领域便显示出它独特的优势。

重组竹是原竹材经工业化加工制成的一种生物质复合材料，目前的重组竹抗压强度和弹性模量已分别达到60mpa和18000mpa，其力学性能和阻燃性均优于木材。重组竹材作为一种新型结构材料，更是近10 年来竹材加工工业的一项重大科技进步，并且其竹材利用率高，物理力学性能优良加，工性能好，外表美观，工艺简单，且成本低廉,是很有发展潜力的新产品。

此外，传统的设计思想把材料视为无缺陷的均匀连续体，而现今工程实际中的构件或材料都不可避免地存在着缺陷和裂纹，因而实际构件或材料的强度大大低于理想模型的强度。而断裂力学则是从构件或材料内部存在缺陷或裂纹这一基础事实出发，恰恰弥补了传统设计思想这一严重的不足。

2. 国内外研究现状分析

竹材重组材已经广泛应用于建筑模板、车厢底板、地板、家具等产品中，作为建筑结构材料的应用才刚刚起步，其应用于建筑结构也是近几年的事，国内外鲜有报道。2007 年，中国林业科学研究院与中国建筑北京设计研究院合作开发了一种竹材重组材框架结构建筑，在北京昌平建造了示范房。5.12 汶川地震后，乡镇民宅的抗震安全性问题受到了社会各界的广泛关注，张齐生院士提出采用竹材重组材作为结构材料建造装配式抗震民宅，并在南京林业大学校园内建造了一幢两层重组材竹结构抗震民宅示范工程。吕清芳、魏洋等针对示范建筑的设计需要，进行了重组竹梁的受弯试验和重组竹柱的轴心受压试验，初步研究了梁、柱的破坏形态、刚度退化过程和极限承载力。研究表明，重组竹具有优良的工程力学性能，采用这种材料建造的结构自重轻，抗震性能好，便于装配，尤其适用于快速建设与标准化生产。

随着科技不断发展，高强度钢、焊接工艺的大量使用，一系列灾难性的工程断裂事故相继发生,如飞机机身和船体开裂，天然气和其他压力管道的裂纹扩展，铁轨与车轴等构件的疲劳断裂，压力容器发生破裂等。为了查明事故的原因，断裂力学则在工程应用中显得尤为重要，很多科学工作者在研究带裂纹的结构强度和裂纹扩展规律方面做了大量工作。

但目前有关竹质工程材料的强度理论究，尚未见类似报道。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）、进行重组竹梁抗弯试验研究，采用半经验法建立重组竹梁的承载力与变形的计算方法，并分析不同剪跨比及不同部位的竹纤维对其的影响；

（2）、采用ansys有限元分析软件，对纯弯段含有一个裂纹的重组竹受弯构件进行受力全过程的数值模拟，研究裂纹的扩展以及构件的刚度退化；

4. 研究创新点

（1）、将重组竹简化为带griffith 裂纹工作的横向各向同性材料，在材料本构关系中考虑裂纹尖端k场分布，通过应变能函数的展开与材料试验，建立重组竹应力应变关系与破坏准则。

（2）、考虑了重组竹材的裂纹缺陷，从而对构件的强度与变形公式进行修正；

（3）、在目前所检索到的竹质工程材料强度理论究文献中，未见类似报道。