1. 研究目的与意义
通过对竹材集成材进行材性试验,得出竹材集成材的弹性模量;进而进一步研究其物理力学性能,主要通过对不同部位和方向及不同高度下竹材集成材轴心受压的破坏模式、应力应变模型及设计理论的分析,从中归纳出影响集成材极限承载力的主要因素,以期为竹材的力学性质研究及工业化利用提供依据。
竹林是经济、生态、社会效益结合良好的林种, 近年来发展十分迅速, 已成为林业的支柱产业。集成材的研究开发,为竹材的高效利用提供了一条新的途径。它不但可节约竹材资源, 降低生产成本, 而且可有效的振兴山区经济, 具有显著的经济效益和深远的社会效益。在我国提倡林可持续发展的今天,集成材的发展前景必将十分广阔,对于发展建设绿色可持续,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,同时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。符合可持续化发展的要求。
2. 国内外研究现状分析
关于竹材的力学特性方面有很多研究, 主要集中在强度和模量等指标方面,樊承谋研究了竹材的顺纹受压弹性模量及顺顺纹受剪强度,并着重研究了含水量对受压弹性模量和受剪强度的影响,确定了不同含水量对弹性模量和受剪强度的关系式;闰立宏,李正伦对竹塑胶合材料力学性能试验的结果进行分析与研究, 发现竹塑胶合材料的主要力学性能指标高于木材的性能指标, 并指出竹塑材料在工业与民用中的应用价值。竹材作为一种绿色、生态、环保型材料,在许多领域符合人们的要求。经过近几十年对竹材的研究,开发了许多竹质工程材料和装饰材料,王正等对竹层积材墙体进行了隔声性能和保温性能测定:隔声性能测试中,试件墙体幅面为2.44m4m,由4块2.44m1m的墙体拼装而成,结果为:该竹层积材墙体的隔声级别为Ⅲ级,保温级别Ⅳ级,均达到我国对建筑用墙体材料的隔声隔热要求,可以用于建筑墙体的建构。目前国内在建筑中运用竹集成材建成的工程案例有中国云南的屏边小学校舍,这座以竹集成材为主要材料的建筑不仅造型美观而且工程造价较低,是一座值得推广的示范性建筑。
为了缓解木材资源的紧张,西方国家已经把目光投向竹材的开发与利用,希望通过加强竹产品的开发,提高竹材利用率以起到以竹代木的效果。伴随着集成材工业化生产的条件成熟, 澳大利亚南方木材公司( satbc) 投资2200 万澳元在该国南方建设了全世界第一家大型集成材工厂,日本realfleet公司于2005年1月发售出了一款以竹集成材为主要材料制造的便携式dvd播放设备。经过特殊的工艺加工,其独特的材质,别具一格的纹理与质感受到了许多时尚且热衷环保消费者的喜爱。在日本,大量的住宅是利用原木材和胶合木建造的,目前新建的住宅房屋中,有半数以上是木结构。集成材在结构方面和木材相似, 具有木材那样的自然纹理, 在技术特性方面优于木材。因此, 它被日本及欧美等发达国家广泛采用, 一批生产集成材的厂家成为木材加工及家具行业的主导企业, 并相继带起了生产集成材的设备厂、胶粘剂厂和防腐涂料厂等一大批新兴企业。现在集成材已广泛应用于家具行业, 作为生产家具的面板、门板和旁板等部件。集成材应用于装饰业和建筑行业胜过家具行业。因为应用于建筑行业比家具行业的利润高好几倍。现在, 日本等发达国家主要采用工字钢和集成材结构。集成材由于具有以上所述的魅力特性, 所以深受建筑行业的宠爱, 推动了建筑材料的更新换代, 也进一步推动了社会经济的发展。
关于竹材的力学特性方面有很多研究, 主要集中在强度和模量等指标方面,但是有关竹材材料构造上的各向异性与力学的相关性研究很少, 更缺乏竹材动态抗压破坏过程方面的研究。本课题主要通过对竹材的横纹和顺纹方向抗压力学性质,竹材不同部位的轴心抗压强度及抗压动态破坏过程进行研究, 并对不同高度集成材的轴心抗压强度进行比较 ,对这些方面进行一些简单地补充。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容:
通过对于集成材3种不同部位和同一部位3种不同方向共九组试验,和3组不同方向的立方体来分析研究顺纹和横纹对抗压破坏强度的影响和力学相关性。同时,又通过七组不同高度,高度从135mm开始,按15mm依次递增至240mm的集成材轴心抗压,分析其动态抗压破坏过程和强度影响。通过增设3组重组材试验比较分析了重组材和集成材在横纹顺纹在抗压强度和力学相关性上的差异。
计划:
4. 研究创新点
竹材集成材其材料是一绿色环保材料,竹集成材以竹子作为基材,保持了竹材的卓越物理性能,力学性能好、收缩率低、变形小、尺寸稳定好,并且强度大、刚度好、纵向韧性突出、耐磨损,具有吸水膨胀系数小、不干裂和不变形等优点,和木材相比,具有鲜明的特色。
关于竹材的力学特性方面有很多研究, 主要集中在强度和模量等指标方面, 但是有关竹材材料构造上的各向异性与力学的相关性研究很少, 更缺乏竹材动态抗压破坏过程方面的研究。通过对竹材的横纹和顺纹方向抗压力学性质,竹材不同部位的轴心抗压强度及抗压动态破坏过程进行研究, 并对不同高度集成材的轴心抗压强度进行比较,是一次创新型试验。
