偏心受壓膠合竹柱抗火性能試驗研究

1、偏心受壓膠合竹柱抗火性能試驗研究竹材作為一種純天然、可降解的生物質(zhì)復(fù)合材料 , 具有生長速度快以及綠色 環(huán)保等特點。以原竹作為原材料 , 利用現(xiàn)代加工、 處理技術(shù)制成的工程竹材 , 其物 理力學性能優(yōu)于傳統(tǒng)木材 , 綠色環(huán)保方面優(yōu)于混凝土、砌體等傳統(tǒng)建筑材料。以膠合竹為代表的現(xiàn)代工程竹材也越來越受到人們的青睞 , 而對于竹木綠色 生物質(zhì)材 ,為獲得良好的外觀效果 , 往往不采取任何防火措施 , 加上材料自身的可 燃性, 竹木結(jié)構(gòu)建筑的抗火研究就顯得尤為重要。柱作為整個結(jié)構(gòu)體系中重要受 力構(gòu)件, 其火災(zāi)下的性能的研究就更為重要。而在實際工程應(yīng)用中 , 由于設(shè)計或者施工工藝的偏差、偶然橫向荷載等情

2、況 而出現(xiàn)的偏心或者附加彎矩 ,因此柱的偏心受壓性能也至關(guān)重要 ;基于上述背景 , 本文分別對常溫以及火災(zāi)下偏心受壓膠合竹柱進行了試驗研究以及理論分析 , 揭 示其在常溫和火災(zāi)條件下的力學行為反響以及破壞機理 , 推導出承載力以及耐火 極限計算方法。首先考慮 5 種不同偏心距以及 2 種不同截面尺寸 , 通過試驗探究 偏心受壓膠合竹柱常溫下的受力性能和破壞模式 , 獲得了各組試件荷載 -位移曲 線、荷載 - 應(yīng)變曲線、跨中截面應(yīng)變分布以及荷載 - 彎矩等結(jié)果。試驗結(jié)果說明 :在不同偏心距作用下的偏壓膠合竹柱 , 最終破壞形態(tài)均為側(cè) 向位移較大而導致受拉側(cè)纖維斷裂 , 類似于受彎破壞。整個變形過

3、程中 , 試件各截 面始終保持平面 ,符合平截面假定 , 試件的變形曲線與二次函數(shù)曲線吻合較好。接著采用有限元軟件ABAQU對各組偏壓膠合竹柱構(gòu)件進行了分析模擬,并 與試驗結(jié)果進行比照 , 驗證了有限元模型的準確性。在試驗以及有限元根底上 , 對膠合竹柱偏心受壓承載力進行理論分析與推導。在推導過程中 , 先根據(jù)材性試驗給出了膠合竹拉壓簡化本構(gòu)關(guān)系模型。基于 此本構(gòu)模型 , 參考不同模量彈性理論 , 給出膠合材偏心受壓破壞時撓曲線方程 , 接 著利用平截面假定 , 建立力和彎矩平衡方程 , 推導出偏壓膠合竹柱的極限承載力 計算公式。通過與試驗比照發(fā)現(xiàn) ,兩者吻合較好 ,驗證了算法的正確性。 最后

4、再次根底上 進行了參數(shù)化分析 ,給出偏心受壓膠合竹柱極限承載力的簡化計算公式 , 便于設(shè) 計使用。然后分別對膠合竹短柱以及偏心受壓長柱進行了四面受火試驗。 短柱試驗主 要研究不同受火時間以及水平與豎直兩種受火狀態(tài)下膠合竹炭化情況。試驗結(jié)果說明 , 徑向和切向受火面炭化層分別到達三層和兩層時會發(fā)生脫落 , 并且在 40min 前兩種受火狀態(tài)對膠合竹的炭化幾乎沒有影響。 偏心受壓膠合竹柱 火災(zāi)試驗主要考慮了偏心距對其抗火性能的影響 , 獲得了各試件外表升溫 爐溫 曲線, 構(gòu)件不同深度處溫度 -時間曲線以及軸向位移 -時間曲線。結(jié)果說明, 不同偏心距試件在相同持荷比作用下耐火極限較為接近 , 試件臨 近破壞時 ,變形速率較大 , 最終破壞形態(tài)均為受拉側(cè)纖維被拉斷而導致試件喪失 承載力?；谠囼灉y得爐內(nèi)升溫曲線以及溫度場等結(jié)果 , 采用有限元軟件 ABAQUS 分別進行了傳熱分析和抗火性能分析 , 并與試驗結(jié)果進行比照分析 ,驗證了有限 元模型的正確性。在試驗結(jié)果和有限元根底上 , 考慮徑向和切向受火面炭化后脫落特性的差異性,給出了兩個方向炭化深度以及炭化速度模型。 隨后,參照歐規(guī)EC5中木結(jié)構(gòu)抗 火設(shè)計,采用折減截面法對截面進行簡化計算 ,并