FRP增强工业化竹材梁试验研究开题报告

 2021-08-08 20:39:33

1. 研究目的与意义

在森林日益减少和木材极为缺乏的今天,加强竹材综合利用,发展和推广,以竹胜木是材用竹发展的必然结果。采用现代加工技术加工后的新型竹结构,因此其造价相对较高,同时现代竹结构构件存在弹性模量低,受弯构件的刚度较小,竹材抗拉强度相对较低,中性轴在截面对称轴附近,材料用量较多,力学性能较离散,往往由于局部缺陷提前破坏,破坏模式较脆等问题,因此,在基本不改变现有竹材加工工艺的情况下,利用FRP材料改善竹材受弯构件的力学性能并使现代竹结构能大规模的推广利用。

本项目的研究符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020)》确定的节能降耗、开发利用农林生物质资源的重点领域及优先主题,也符合《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》部署的重大任务之一绿色发展,建设资源节约型、环境友好型社会,具有重要的理论意义和应用价值,为现代竹木建筑结构的设计、推广和应用提供试验资料和理论基础。

2. 国内外研究现状分析

frp加固结构技术在我国的发展始于1996年,在九五国家重点科技攻关项目碳纤维材料加固修复混凝土结构技术研究开发与应用(96-a14-04-03)资助下,以中冶建研究总院、清华大学、北京玻钢院、东南大学等为代表的科研院所、高等院校率先在国内展开了frp加固混凝土结构的关键技术研究,随后,国家在863计划、国家自然科学基金、科技攻关(国际合作)、国家科技支撑计划、973计划、科研院所专项资金计划等多项国家及省部委科技计划中支持frp加固结构技术的研发与推广应用,取得了很大的成果。

我国第一次提出利用frp筋增强竹材的创新性思想是在2009年的时候,魏洋等针对竹材受弯构件刚度小、力学性能离散、材料用量较多等应用局限,给出了frp筋增强竹梁的关键制造工艺及技术指标,进行了3个frp筋增强及对比竹梁的试验研究,试验结果初步表明frp筋对增强竹梁截面刚度是有效的且 cfrp筋的弹性模量较高,对截面的刚度提高效果好于bfrp筋,但frp筋增强竹梁仍然是截面刚度控制设计;同时发现,无论是对比试件还是frp筋增强试件,其横截面应变沿高度方向的分布基本上呈线性,平截面假定是成立的。且frp筋增强试件中性轴位置较对比试件向下降低,尤其以cfrp筋增强试件中性轴位置降低更明显,证明了frp筋参与工作的有益作用。

在这之后,单波提出了一种以胶合竹板为基本材料的现代竹结构人行桥梁,并对其中一根试件增设了cfrp增强层,试验研究表明cfrp增强层对竹梁的强度有所提高,其承载能力和变形能力均大大提高,但是刚度与未增设cfrp增强层的试件大致相当。

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3. 研究的基本内容与计划

内容:

这个实验研究的是如何用frp(纤维增强复合材料)来增强工业化竹材梁,使其在受到荷载作用时,不容易发生破坏。同时,在实验过程中观察在不同时期时竹材梁的受力情况,破坏形态,裂缝的发展趋势并用相机记录下来。最后实验结束后,根据实验结果确定出最佳的设计方案。

计划:

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4. 研究创新点

用FRP增强现代竹结构可以提高竹构件的承载能力,降低截面尺寸;提高竹结构的耐火能力;减小竹构件各项强度指标和力学性能的变异系数;提高竹结构的耐腐蚀性。

用FRP加固相较于传统的加固方法轻便、高强,更符合当今社会的发展需要。

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