摘 要：

随着全球工业化的发展，人类赖以生存的自然环境遭受到了严重的破坏。其中，建筑行业的发展对自然环境的影响不可忽视。钢筋水泥等建筑材料的生产和应用都对自然环境造成了不小的负担。全球植被覆盖面积日益减少，森林资源被侵蚀，气候环境日益恶劣。在这样的大背景之下，人类对绿色建筑的需求日益迫切。绿色建筑需要我们发展绿色建筑材料，采用绿色的建造方法以及运营和维护体系。近年来竹质工程结构材料发展迅速，但是基础数据不完整、设计原则不完善、材料的质量不稳定等等问题也逐渐显现出来。

关键词: 竹材，力学性能

1 胶合竹纤维复合材料（glubam）力学性能

1.1 抗压性能

抗压性质的研究分为顺纹方向抗压和横纹方向抗压。试验均针对主纤维方向和次纤维方向纤维量比为4:1的Glubam板材进行。

1.1.1 顺纹抗压

压力方向与Glubam主纤维平行称为顺纹受压。胶合竹顺纹抗压是一种常见的受力状态，其强度一般大于横纹抗压。众所周知，抗压试件的尺寸大小对测试结果有影响。对Glubam材料的抗压研究也表明，尺寸小的试件的抗压强度较大。试验数据还表明，冷压胶合面的存在降低了试件的抗压强度。

Glubam清材小试件的抗压试破坏具有显著特点,表现在受压后的试块会在竹篾层胶缝处出现开裂。开裂后的试件逐渐丧失原有的承载力，随着压力的继续增大而导致胶缝几乎全部开裂，试件完全破坏。从试件破坏的特点可以看出， Glubam不同于胶合木材。由于竹篾本身具有比大多数木材较高的硬度和拉伸强度，在发生胶合面破坏时几乎都是胶层的开裂，而对竹篾层基本没有损伤。可见胶合强度的高低会在一定程度上影响顺纹破坏强度，但是目前没有进行量化的试验研究。

1.1.2 横纹抗压

• 1横纹抗压强度

Glubam横纹抗压强度测试采用了与顺纹抗压类似的试件尺寸,如图4.1所示。试件上下面为受压面，主纤维沿水平方向分布，与受压面平行。李佳对Glubam横纹抗压强度进行了试验研究。共制备试件26个，试验得到胶合竹的横纹抗压强度约为25 MPa，标准差为2.9MPa，变异系数约为12%。

• 2横纹抗压弹性模量

木材横纹抗压弹性模量分为弦向弹性模量和径向弹性模量。对于Glubam 胶合材，我们只测试受压时竹篾层垂直于受压面的情形，即与木材测试中的弦向受压类似。根据《木材横纹抗压弹性模量测定方法》，确定试件尺寸如图4.2所示。试验共制备了26个试件,得到Glubam胶合竹的横纹抗压弹性模量约为4500MPa,标准差为798.3MPa，变异系数约为18%。

1.2 抗弯性能

参照GB1927~1943-91《木材物理力学性能试验方法》，先对Glub am抗弯弹性模量（MOE），然后再对抗弯强度（或称断裂模量，MOR）进行测试，并把MOE和MOR换算成含水率为12%以下的值。可以得到胶合竹材的抗弯强度值试验采用单点加载的方式，装置支座及压头端部的曲率半径为 30mm，两个支座之间的距离为240mm。试验设备根据《木材物理力学性能测试方法》确定。对胶合竹材的抗弯性能做了试验研究，结果表明:胶合竹材抗弯弹性模量的平均值是9400MPa，抗弯强度的平均值是99MPa;经过数据处理，得到弹性模量的标准差为942.9MPa，变异系数为10%;抗弯强度标准差为11.8MPa，变异系数为12%。

体的试验方法见参考文献0。胶合竹材抗弯试验与不材抗弯试验类似，但相对于木材而言，胶合竹材的韧性更加出色，这种特性来源于其原竹本身。

从试验还可以发现，木材试验方法对胶合竹材具有相对局限性。由于Glubam胶合竹材的公称厚度为30mm，所以其抗弯试件的截面尺寸取为30mm×30mm,这大于木材物理力学试验方法中所规定的尺寸，而试件长度与木材试验中相同。对于纤维比为4:1的Glubam材料,作者分别对弯矩中面与纤维层平行和弯矩中面与纤维层垂直的情况进行了试验研究。展示了弯矩中面与纤维层垂直的抗弯强度和弯矩中面与纤维层平行的弯曲弹性模量试验。弯矩中面与纤维层平行时4:1Glubam的抗弯性能明显优于弯矩中面与纤维层垂直的情况。对于弯矩中面与纤维层平行的试件来说，破坏时一般呈现底部纤维断裂和胶合层开裂的情况;而对于弯矩中面与纤维层垂直的试件来说，其破坏时一般仅可以观察到胶合层开裂、相关竹篾层错位的现象。

1.3 抗拉性能

1.3.1 抗拉强度

基于当前国内外木材力学性能试验相关规范，对Glubam进行了试验。然而胶合竹板材和木材的差异性，导致试验不可能完全按照既有的木材规范来执行，所以试验在尽量遵循原有木材规范的基础上，对试验试件的切割尺寸进行了适当的调整，以更加符合胶合竹材本身的特点。胶合竹板材与木材相比最大的差异在于其硬度较大，实践证明中国的木材抗拉试验方法中规定的试件形态尺寸无法对胶合竹进行试验。所以，作者参照ASTMD143-94[70]制备了试验试件并进行了适当的调整，以更加符合Glubam板材自身的特点。

根据Glubam双向纤维分布的特点，作者分别制作了7种与板材纵向成不同角度的试件，试件的截取示意图如图4.6 （ a）所示。这里，将拉伸方向与试件主纤维方向的夹角处于0°~90°之间的试验称为“偏轴拉伸试验”，文中有时简称为“偏轴试验”。为了更准确地测定顺纹方向的材料性能，0°试件个数选取为16个，其他角度的每组试件数量为10个。Glubam自身较大的硬度给试件加工带来了困难，一般的人工切割很难满足试验要求。所以，试件的制备采用高压水切割设备，如图4.6 ( b）所示。

抗拉试验也采用人造板万能试验机进行。如图4.7所示，试验机最大量程为5t，并根据规范采用标距为50mm 的引伸计测量Glubam板的弹性模量0。引伸计需安装于抗拉试件切割面的中部位置，且保证引伸计上下刀口中心连线与试件长轴向平行。试验应保证试件在2min 内破坏，本试验中采用的加载速度为2mm/min。试件即将达到最大承载力时，会发生竹纤维断裂的脆响。经过最大荷载之后，伴随着承载力的不断下降，试件断裂的声音会逐渐增大，最后会听到“嘭”的一声，试件在大约中间的位置完全断裂。值得注意的是，在试件荷载-位移曲线还未达到最大值前，为避免试件的突然断裂损伤引伸计，需及时将其取下。引伸计取下之后，曲线继续上升，试验机会记录最大荷载及后半段的荷载位移曲线。抗拉试件的破坏一般都伴随着纤维的拉断和层间开裂。

1.3.2 抗剪性能

抗剪分为面外抗剪和面内抗剪。面外抗剪即剪切面与竹篾层相垂直;面内抗剪即剪切面与竹篾层相平行。

作者：武

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