复合竹层积材横纹销槽承压强度

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【摘要】为了探究新型复合竹层积材在木结构中的实际应用性，填补其横纹销槽承压强度的计算公式。本文进行了7个测试组，每组4个重复试件，共28个竹层积材横纹销槽承压试件的试验研究，分析了竹层积材厚度、端距和销直径等因素对竹层积材销槽承压的刚度、屈服载荷、屈服位移和承压强度等力学性能的影响。研究表明：承压强度随竹层积材厚度的增加，先增加后减小；端距对承压强度的影响较小，可忽略不计；承压强度随销直径的增加，大致呈线性递减。通过回归拟合的竹层积材厚度的影响系数、销直径的影响系数，建立了竹层积材横纹销槽承压强度的理论计算公式，且理论计算结果与实测结果吻合良好。

【关键词】复合竹层积材；木结构；横纹销槽承压强度；理论计算公式

0. 前言

我国竹资源拥有量和品质均居世界首位，竹子具有生长速度快、成材早和产量高等特性，属于短期的可再生资源。随着新型复合竹质工程材料技术的突破，将改变我国竹质材料大多被应用于地板和集装箱等非建筑结构应用领域的现状，为其在建筑结构领域奠定基础。

在现代木结构设计中，销槽承压强度是销连接设计的基础参数之一，被列入各国木结构设计规范中。研究了木材密度、销径、端距、含水率、纹理方向等因素对规格材、胶合木等工程木销槽承压力学性能的影响，得到了销槽承压强度理论计算公式。我国最早由黄绍胤、樊承谋、王振家研究了销径、孔径和进钻速度等因素对销槽承压强度的影响，得到了圆钢销连接承弯、承压的可靠度指标。后期我国木结构研究中断将近二十年，现又逐渐兴起。刘柯珍研究了销径、厚度、纹理方向等对胶合木销槽承压的力学性能影响。但作为新型复合竹质材料的销槽承压力学性能，尚未有相关研究。

为研究该新型复合竹层积材横纹销槽承压的力学性能，本文参照GB 50329《木结构试验方法》，进行了7组，共28个销槽承压试件的测试，分析了竹层积材厚度、销直径和端距对其力学性能的影响，建立了其承压强度的计算公式，为其在建筑结构中的设计与应用提供参考。

1. 试验概况

1.1 销槽试件制造

针对竹层积材横纹销槽承压的影响因素，本文共设计了7个测试组，其中竹层积材厚度T、销直径D、端距S变化各3组，ZT-3测试组又兼为ZS-3和ZD-3，每组重复4个试样，测试组的具体参数见表1。

竹层积材销槽承压试件见图1，X为顺纹方向，即竹层积材的长度方向；Y为径向，即厚度方向；Z为弦向，即宽度方向。其中，竹层积材销开半圆孔，孔直径比销直径大1mm。销的材料为Q235，等级为4.8级。

1.2 竹层积材力学性能指标

试验用竹层积材为典型的正交各向异性材料，为四川竹元科技公司制造的新型高性能竹基复合材料，材种为丛生竹，其加工过程为：竹材剖分疏解胶前干燥浸胶胶后干燥装模热压固化脱模竹层积材。

1.3 试验加载及量测

采用30吨万能力学试验机对竹层积材销槽承压试件进行测试，加载速度为1mm/min。当钢销完全嵌入竹层积材试件或载荷出现明显下降时，停止加载。

2.试验结果分析

2.1 破坏现象

竹层积材横纹销槽承压时，各测试组的破坏模式均相同，其与上述测得的竹层积材横纹弦向局部承压的破坏模式相似。

2.2 荷载-位移曲线

实验曲线形式基本一致，呈延性破坏。曲线在加载初期呈非线性，持续加载，竹层积材的销开孔两端由于应力集中，局部产生塑性变形，曲线进入非线性阶段。直至销槽完全压入竹层积材中，载荷持续增长。而从上述测试的竹层积材横纹弦向局部承压荷载-位移曲线可知，其具有明显的塑性变形阶段，当位移增加至一定阶段时，载荷保持不变。结合图3～5及实验现象，可推断竹层积材横纹承压截面全部或大部分已进入塑性阶段，但在未到达其承压强度时，即平台阶段，销已被完全压入竹层积材试件中。

2.3 刚度、屈服载荷

3. 影响因素分析

3.1 竹层积材厚度T

3.2 端距S

3.3销直径D

4. 销槽承压强度计算公式

5. 结论

通过7组共28个复合竹层积材顺纹销槽承压试件的试验研究，得到以下结论：

竹层积材横纹销槽承压破坏模式呈延性破坏，其销槽承压强度主要受厚度T和销直径D的影响，而受端距S的影响较小。横纹销槽承中的竹层积材厚度和销直径的影响系数各为KT=0.223+0.798（T30）-0.180T302、KD=1.425-0.428（D12），承压强度计算公式为fe=1.24KTKDfc，90，且采用该公式的理论计算结果与实测结果吻合良好。

参考文献：

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作者简介：

曾岳凯（1986—），男，湖北武汉人，中交第二公路勘察设计研究院有限公司下属武汉中交交通工程有限责任公司，助理工程师。