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南京林业大学李海涛教授课题组:在AFRP竹集成材柱力学性能研究上取得进展

时间:2021-02-20     【转载】   来自:高分子科技公众号

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竹集成材是将速生、短周期的竹材加工成定宽、定厚的竹片或者将原竹展平形成宽幅面竹单元(去除竹青和竹黄),经过处理(如炭化等)并干燥至一定的含水率,再通过胶粘剂将竹片胶合而成的型材。常用的压制工艺有平压、侧压、平侧相间压制,结构材常用侧压工艺。竹片的排列方向可以全部顺纹方向(又称平行竹集成材,图2),也可以纵横交错(又称正交竹集成材,图3)。由展平竹单元压制而成的竹集成材亦称展平竹集成材(图2c、3c)。竹集成材主要采用大径竹,如毛竹、巨龙竹、瓜多竹等。芳纶(Aramid Fiber)是芳香聚酰胺纤维的简称。芳纶纤维增强复合材料(AFRP)是20世纪70年代发展起来的高性能结构材料。芳纶纤维除具有高强度、高弹性模量性能外,还有较高的耐热性能。因为芳纶纤维是刚性大分子链,活动性能较差,即使在高温下也能保持较高的强度。

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为了实现竹集成材构件的无限接长,针对竹片单元需采用多种连接方式,而这些连接方式往往成了竹集成材构件的薄弱部位。竹子天生有节,竹节部位也是薄弱部位,较易出现破坏。采用外裹AFRP的方式可以改善这些部位的力学性能,提高构件的承载力和变形能力。另外,还可以通过外裹AFRP的方式将竹集成材应用在复杂环境中。

针对AFRP竹集成材轴心受压柱的力学性能,南京林业大学生物质复合建筑材料与结构国际联合研究中心李海涛教授团队考虑6种不同长细比的影响,进行了系列研究与分析;揭示了AFRP竹集成材轴心受压柱的破坏机理,提出了相应的承载力计算公式。

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Fig. 4 试件情况: (a) 不同长细比试件, (b) AFRP竹集成材柱, (c) 端部增强部位  (d) 试件截面(mm)


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Fig. 5 Setup used for compression tests (a) schematic and (b) physical


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Fig. 6 Failure phenomena: (a) end crush of AA600-2, (b) AA600-3, (c) cracks of the AA600-3 end, (d)hinge tilted, (e) crack of the Control-1 end, (f) splitting extending to the middle of the Control-1 specimen, and (g) debonding of composite sheet and traces of bamboo showing strong bonding between AFRP and bamboo

相关成果发表在Composites Structures(2021, 258: 113398)上。论文的第一作者为南京林业大学研究生王振。第二作者和通讯作者为李海涛教授。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113398

[1] Zhen Wang, Haitao Li*, Benhua Fei, Zhenhua Xiong, Rodolfo Lorenzo, Ileana Corbi, Ottavia Corbi, Changhua Fang. Axial compressive performance of laminated bamboo column with aramid fiber reinforced polymer [J]. Composites Structures, 2021, 258: 113398. Doi: 10.1016/j.compstruct.2020.113398

[2] 李海涛*, 宣一伟,许斌,李淑恒. 竹材在土木工程领域的应用[J]. 林业工程学报, 2020, 5(6): 1-10.  DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.202003001.

南京林业大学生物质复合建筑材料与结构国际联合研究中心由来自英国伦敦大学学院、澳大利亚迪肯大学、国际竹藤组织、意大利那不勒斯费拉里德里克第二大学、瑞士苏黎世大学等十余个国际高校或机构专家联合发起成立,成员之间的合作始于2008年。2019年,在中心的基础上,同英国伦敦大学学院、国际竹藤组织等机构共同建立了国际联合实验室。该国际团队重点围绕生物质(竹、木、秸秆等)建筑材料与结构开展合作研究和人才培养,并积极拓展产学研合作,践行绿色发展理念,贯彻可持续发展战略,服务“绿水青山”,建设人类美好家园。合作10余年来,团队联合发表论文70余篇,联合培养学生20余名,联合发起国际会议2个(连续性会议,一年一届),联合建设公益在线课程1个。