竹筋組合空心板制作與力學試驗研究

謝興華，陳 強，包燕敏，沈 搏，楊 凌

(湖南城市學院 土木工程國家級試驗教學示范中心，湖南 益陽 413000)

1 竹板材的研究與發展現狀

竹材的抗拉強度約為木材的2倍，抗壓強度約為木材的1.5倍，竹材的比強度高于木材和普通鋼材[1]。因此，竹材不僅有代替一部分木材產品資源的基礎，還有著足以代替木材的力學性能。

在目前市場上，較成熟的竹材改性產品以竹材人造板為主，其厚度一般為2 cm左右，無法直接跨越較大跨度或作為豎向承重構件，而目前生產較厚的竹板材仍受到生產工藝上的限制，并且實心截面構件不利于充分發揮竹材較高的強度。由此研究一種竹筋組合空心板是非常必要的。

在竹板材的研究中，倪林[2]研究了環氧樹脂、間苯二酚膠粘劑、酚醛樹脂對竹層板的膠合性能的影響;引入膠接界面應力模型,分析了膠接界面的應力、應變分布;研究了溫度和水分對膠接性能的影響。關明杰等[3]對比了楊木重組木和毛竹重組竹的抗彎彈性模量和靜曲強度，研究了強度、彈性模量與密度的相關性，探索了竹木結合制成的竹木重組材作為結構用材的可行性。趙章榮等[4]研究了搭接膠合竹片的膠合能力及碳化處理和未經碳化處理竹片抗拉能力，實驗結果表明經過碳化處理竹片膠結能力比未經過碳化有所提高。郎健珂等[5]為解決木材利用率低、成本高的問題,提出了一種以零碎短木粘結竹集成而成的竹-短木組合梁。實驗結果表明竹-短木組合梁替代木梁,在小跨度木結構工程中具有應用價值。肖波等[6]將原生態的竹筋板與木方(板)通過竹筋板-木方(板)-竹筋板的方式組合拼接制作了一種竹木組合板，試驗表明在小變形階段,竹筋實木組合板撓度、應變隨荷載的增長成線性變化,且應變符合平截面假定。

1.1 試驗材料

1)竹筋板、竹筋條:購自湖南益陽桃花江竹業有限公司，尺寸為長2 200 mm×寬600 mm，厚度為4 mm。竹筋條尺寸為長2 200 mm×寬20 mm，厚度為4 mm，含水率均在12%左右。

2)粘結材料：雙組分水基粘合劑，膠與固化劑的比例為20∶1。

1.2 試驗竹板結構

竹筋組合空心板的尺寸長為2 000 mm×寬600 mm，厚度為52 mm左右。主要構造為上下兩塊竹筋板以及中間竹筋條以網格方式搭接(見圖1)。

圖1 竹筋組合空心板構造圖(單位：mm)

1.3 產品制作要點

1)選取優質竹筋板，并且要求竹筋板、條厚度調至0.1 mm/m以內。

2)將竹筋條切割成相應規格的竹筋條并將兩端打磨平整。

3)粘結基層保持干凈整潔。膠水與固化劑混合后需充分攪拌3～5 min，直至均勻。膠水調制完后，須在1～2 h內用完。涂膠應均勻，參考涂膠量200～300 g/m2，涂膠后宜晾置2～4 min后再進行加壓固定。

4)在竹筋板上層鋪上一排傳壓板，將砝碼置于傳壓板上以確保壓力均衡。砝碼共計10個，每個25 kg。用尺寸為長120 mm×寬40 mm的竹筋塊將側面填堵嚴實。

5)將制作完成的組合板靜置于干燥，溫度適宜的地方養護3天。

2 試驗方案

2.1 試驗目的

測出竹筋組合空心板所能承受的最大荷載;1/4、3/4跨及跨中應變和擾度和1/4、3/4跨及跨中應變、撓度與荷載大小的關系;以及觀察板的變形情況。

2.2 試驗設備

加載設備：25 kg砝碼若干個；測量設備：電阻應變片、靜態；電阻應變儀、百分表、磁性表座等。

2.3 試驗步驟

1)粘貼應變片以及按編號連接導線，安裝設備和試件(詳見圖2～3)。

注：圖中粗線條表示應變片

圖3 加載裝置及加載范圍示意圖(單位：cm)

2)在1/4、1/2、3/4跨對應位置安裝百分表。

3)用砝碼(25 kg)預加一個均布荷載，觀察儀表是否正常工作，然后卸去荷載，排除故障，儀表重新歸零或記錄初讀數。

4)正式加載試驗:每級荷載為一個砝碼(25 kg)，每級荷載停留 5 min 后讀取荷載、1/4、3/4 及跨中撓度和應變值并做記錄并觀察板的變形情況。卸載,每次卸載停留 5 min 后讀取荷載、1/4、3/4 及跨中撓度和應變值并作記錄。

圖2為應變片位置圖，圖3為加載裝置及加載范圍示意圖。

3 試驗數據與分析

A1板與A2板荷載-應變關系圖見圖4，由圖4可知，竹筋組合空心板在小形變階段，竹筋組合空心板加載過程的撓度變化曲線的斜率基本上保持不變，即撓度隨跨中荷載基本成正比，則說明在小變形階段竹筋組合空心板處于彈性階段。卸載后竹筋組合空心板的殘余變形小，由此可知竹筋組合空心板具有良好的彈性。

圖4 A1板(左)與A2板(右)荷載-應變關系圖

A1板與A2板跨中截面應變規律見圖5，由圖5可知，竹筋組合空心板跨中橫截面沿高度在小變形階段每級荷載壓應變與拉應變成直線，中性軸位置不變，由此可得出竹筋組合空心板小變形階段基本符合平截面假定。

圖5 A1板(上)與A2板(下)板跨中截面應變變化規律

4 結 論

為了探索竹筋組合空心板的受力特性，本文通過竹筋組合空心板受彎性能試驗，對竹筋組合空心板的荷載撓度關系、跨中截面沿高度應變變化情況進行分析。最終得到如下結論。

1)竹筋組合空心板在小變形階段，應變與應力成正比，板處于彈性階段，具有良好彈性。

2)竹筋組合空心板小變形階段基本符合平截面假定。

3)竹筋組合空心板的結構提高了竹資源的利用率，其次空心結構可填充隔熱材料，使其具有良好的隔熱性能。

[ID:009361]