嵌入式FRP复合竹集成材梁本构模型与力学计算方法研究

The deformation for the laminated bamboo lumber (LBL) is big due to the low stiffness. The connection position for bamboo strips and bamboo node are the weak point for LBL where are vulnerable. However, FRP can be used to improve the mechanical properties of laminated bamboo lumber members. It is urgent to study the mechanical performance of the new composite material to promote its application. The methods such as experimental study, theory study and numerical simulation will be adopted for the project. Considering many influencing factors, the bond anchorage properties for FRP bar in LBL will be studied and the bond slip relationship and bond strength calculation formula will be proposed. The mechanical performance for embedded FRP LBL beam will be studied considering many influencing factors. Based on the damage theory, the quantitative relationship between the damage status and the design parameters will be established for the embedded FRP LBL beam. In addition, the failure mechanism for the embedded FRP LBL beam under monotonic load will be revealed. Finally, the damage criterion and mechanical calculation method will be proposed and the related design ways and suggestions will be given for the embedded FRP LBL beam. The research results can supply experimental data and theoretical basis to develop the related standards or codes for the promotion and application of modern bamboo building.

竹集成材构件的刚度低，导致变形较大；竹集成材内竹片连接位置和竹节为薄弱部位，易发生破坏，采用FRP复合能改善竹集成材的力学性能。为了推广应用这种新型复合材料构件，亟需对构件的力学特性开展研究。本项目围绕嵌入式FRP复合竹集成材梁，采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的技术路线和方法，探索多种因素影响下FRP筋材竹集成材粘结锚固性能，提出粘结滑移本构关系和粘结强度计算公式；研究多种因素对嵌入式FRP复合竹集成材梁力学性能的影响，基于损伤理论，建立嵌入式FRP复合竹集成材梁各损伤状态与设计参数的量化关系，揭示梁在单调荷载作用下的破坏机理，提出对应的破坏准则和力学计算方法，给出相关设计方法和建议，为将来相关标准或规范的制定，为现代竹建筑的应用和推广提供试验资料和理论基础。

竹集成材梁在临近破坏时，其实测挠度非常大，远超我国相关标准对容许变形的规定；竹集成材构件刚度较低，制约了其在高层和大跨结构中的应用。通过在竹集成材内部嵌入FRP布或者筋的形式，来从某种程度上提高竹集成材构件的综合性能；嵌入FRP筋的竹集成材，其破坏机理及设计理论均区别于纯竹质材料。.本项目研究了竹集成材的基本力学性能，给出了竹集成材拉、压、弯、剪基本力学性能指标；发现了加载方式、锚固长度、筋材直径、胶层厚度因素对嵌入式FRP筋材复合竹集成材粘结锚固性能的影响规律，揭示了粘结破坏机理。发现了钢筋直径、预应力大小、配筋方式等因素对嵌入式FRP筋材复合竹集成材梁的影响规律，探究了裂缝形态、尺度及扩展规律，揭示了复合梁的破坏机理。基于多因素影响，分析了单调加载下嵌入式FRP复合竹集成材梁抗弯工作性能，如承载力、刚度退化过程等；提出了单调荷载下嵌入式FRP复合竹集成材梁的抗弯承载力计算方法。考虑多种因素，分析了低周反复荷载作用下嵌入式FRP复合竹集成材梁的非线性损伤发展状况，发现裂缝形态、尺度及扩展规律同破坏过程应力场变化的内在联系，揭示了嵌入式FRP复合竹集成材梁的破坏机理；提出了低周反复荷载作用下嵌入式FRP复合竹集成材梁的变形能力及延性相关计算公式。本项目的研究成果，丰富了竹集成材构件设计相关基本理论，推动了该领域相关研究的发展。相关研究成果为将来竹集成材结构设计相关标准或规范的制定，为竹集成材优化结构的设计、推广和应用提供试验资料、理论基础和科学依据。.本项目公开发表学术论文22篇，其中SCI论文20篇，EI论文1篇；申请发明专利2项，实用新型专利2项。培养培养硕士研究生5名，培养博士研究生2名。参与了国内外10次学术交流，广泛宣传科研成果，提高研究成果的影响力。并同相关企业开展产学研合作，实现了相关科研成果的转化。