仿木柱的承载力破坏试验及计算理论研究

作     者：李彦成 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张华刚

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：仿木材料 仿木柱 材性试验 承载力试验 轴心受压 偏心受压 计算理论 

摘      要：建筑工程材料经历了天然材料、人工材料以及复合材料的发展过程,为人类文明的发展与进步作出了巨大贡献。以混凝土、钢材为代表的人工材料目前仍是主要建筑材料,但人工材料污染严重,能耗较大,为满足我国绿色环保的可持续发展理念,文本提出了一种以氯氧镁水泥为基体,植物纤维为增强体,同时加入酒石酸、磷酸盐等外加剂压制而成的仿木材料,这种仿木材料具有绿色环保、轻质高强、耐火性好等优点,为探究仿木柱的工程应用价值,本文对仿木材料的物理力学性能进行了初步研究,并在此基础上通过承载力破坏试验建立了仿木柱的计算理论。本文测定出仿木材料的密度为1133 kg/m,仅为混凝土密度的一半,接近常用结构木材的密度,将其应用于结构之中能够有效降低建筑的自重。通过扫描电子显微镜(SEM)观察到仿木材料的微观晶相为318相针杆状晶体与518相棒状晶体交叉排布后形成的块状胶凝体,这是仿木材料的主要强度来源,同时植物纤维呈现有序排列及搭桥现象,容易形成应力集中,降低了材料的力学强度。通过对30个立方体仿木试件进行材性试验,发现其破坏形式为锥形破坏、劈裂破坏和压碎破坏,且立方体抗压强度平均值为10.2MPa,变异系数为5.28%,体现了仿木材料轻质高强的优点。在研究了仿木材料物理力学性能的基础上,对三种不同长细比的仿木柱进行轴心受压承载力试验,试验结果表明仿木柱的破坏形式分为材料破坏、弹塑性失稳破坏以及弹性失稳破坏,且承载力随长细比的增加而降低,本文利用Shanley理论建立了仿木柱的承载力计算公式,并基于中心点法提出了材料分项系数为1.70。其次,对三种不同长细比的仿木柱进行偏心受压承载力试验,偏心距分别为25mm和50mm,试验结果表明构件在偏心距为25mm压力作用下发生受压破坏,在偏心距为50mm压力作用下发生受拉破坏,本文基于实测数据建立了仿木柱在偏心压力作用下截面相对受压区高度的计算公式,提出了承载力计算理论。最后,对仿木材料进行工程试设计,为后续工程应用提供参考。