重组竹顺纹应力应变关系的试验研究
摘要：重组竹作为一种有着广泛应用前景的建筑材料。研究其应力应变关系是对该材料结构构件进行弹塑性分析的重要手段。因此，研究了该材料的纵向受拉和破坏模式以及破坏机理，从而建立起重组竹有关受拉和受压的应力应变计算公式。其中受拉破坏是由于纵向纤维损伤引起的，表现为脆性破坏特征。受压破坏则是由损伤曲附近的纤维屈服引起的。此外，还观察到了三种破坏模式：纵向屈服破坏，剪压破坏和纵向挤压破坏。重组竹的纵向应力应变关系表现为线性受拉关系，然而，受压的应力应变关系在比例极限内可以保持线性关系，一旦超过线性极限，就会变成非线性关系，可以用二次多项式来模拟。试验数据与模型预测值较为吻合，表明该模型拥有较高的预测精准程度。
关键词：重组竹，纵向单轴应力应变关系，破坏模式，破坏机理
联系信息：a南京林业大学土木工程学院,南京210037；b：南京林业大学生物材料国家工程研究中心，南京210037；c：无锡商业学院，无锡214000；d：加拿大埃德蒙顿艾伯塔大学土木与环境工程系，T6G 1H9；
*通讯作者：baolu52520@163.com
1引言
重组竹是一种高强度的以竹子为基础的复合材料，它利用酚酞树脂在高压情况下将纵向平行排列的竹子黏合在一起。其力学性能和阻燃性能均优于木材，且重组竹具有较低的甲醛排量，符合欧洲环保标准E1级。经过近30年的研究与规范，重组竹的制造方法和工艺已经逐渐标准化。重组竹是通过纵向（平行纤维）极限受拉和受压强度分别为160MPa和140MPa的方法制造的。经工业工艺制造的重组竹的纵向模数达到14000MPa[8]，力学性能稳定，可以制成各种重组竹符合材料，其形状和尺寸根据应用要求而定。当重组竹的含水率小于12%，相对于没有重组的竹子而言导致失败的可能性会更低（收缩，扭曲，弯曲，屈服，开裂）。在过去二十年里，重组竹已经广泛应用于地板家具和其他装饰材料。现在，这种材料已经引起人们的关注，并将其应用于结构工程上。
在5.12汶川地震之后，国内一些学者开始将重组竹应用于建筑结构中，一些现代竹木结构体系中，如轻竹结构[5,17,18]，钢竹混合结构[11]和重组竹框架结构[20]等被人们所开发。南京林业大学建造了使用重组竹结构的房屋样本，这种结构的房屋也应用于在5.12中受损严重的四川青川[16,20]。工程实践表明，重组竹结构在经济性，安全性和标准化施工方面均优于其他传统建筑结构。由于重组竹构件轻便于携带和安装，且重组竹建筑可以干作业施工，特别适用于快速施工。由于结构构件是制造商设计和制造的，因此不需要特别的技术来建造重组竹结构，也可以保证结构的安全。
重组竹材料的纤维在纵向（平行于纤维）方向平行而在横向（垂直于纤维）分布均匀。因此，重组竹的力学性能有明显的指向性，所以重组竹是一种指向纤维增强生物基复合材料[4,,7,12,13]。重组竹在纵向和横向的力学性能相差很大，即使是同方向的受拉受压性能也有显著差异。重组竹纵向受压应力应变关系具有非常明显的非线性[2,8]，因此，一旦应力达到或达到承载能力的极限，重组竹组件的载荷-变形关系就会呈现非线性。在结构设计中考虑材料的非线性特性是极限概率状态设计思想的基本要求。传统结构如混凝土结构和钢结构的最大承载能力的非线性分析是比较成熟的，但是由于重组竹材料与传统的材料在本构关系与破坏机理上存在着明显差异，所以并不适用于重组竹结构的非线性分析。只能通过直接试验获得了当前工程实践中重组竹组件的承载能力和最终变形[14,15]，因此，建立重组竹材料的非线性应力应变关系对于非线性分析至关重要。
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