陳 溪 許清風,* Kent A.Harries
(1.上海市建筑科學研究院上海市工程結構安全重點實驗室, 上海 200032;
2.Civil and Environment Engineering,University of Pittsburgh,Pittsburgh,PA 15261,USA)
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竹材力學性能及其在土木工程中應用的研究進展
陳溪1許清風1,*Kent A.Harries2
(1.上海市建筑科學研究院上海市工程結構安全重點實驗室, 上海 200032;
2.Civil and Environment Engineering,University of Pittsburgh,Pittsburgh,PA 15261,USA)
摘要近年來,建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展引起了越來越廣泛的關注。竹材具有資源豐富、成材快、材性優(yōu)良等特點,是一種優(yōu)質的綠色生態(tài)建筑材料。首先對竹材性能的研究進行了調研,分別總結了在測定方法、力學性能變異性和力學模型方面最新的研究成果以及尚待解決的問題;其次,對原竹在土木工程中的研究及應用進行了總結,指出了原竹在工程應用中需要解決的關鍵技術問題;隨后,對工程竹的研究現(xiàn)狀進行分析,提出了提高其力學性能和生產(chǎn)工藝的技術途徑。本文將為竹材性能和應用研究提供參考,有利于推廣竹材這一“綠色生態(tài)建筑材料”在土木工程中的廣泛應用。
關鍵詞竹材, 綠色建材, 原竹結構, 竹筋混凝土, 膠合竹
Research on Mechanical Properties and Application of Bamboo in Civil Engineering:State-of-the-art
CHEN Xi1XU Qingfeng1,*KENT A.Harries2
(1.Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety, SRIBS, Shanghai 200032, China;
2.Civil and Environment Engineering University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15261, USA)
AbstractIn recent years, the sustainable development of building industry gains more and more attention. Bamboo is a superior green building material since it is a resourceful and fast growing material and has a lot of great properties. In this paper, the survey of studies on material properties is carried out at first, the latest research results of testing methods, variability of properties, and mechanical models are given, and the problems need to be solved in the future are proposed. Then the progress of research and application of original bamboo in civil engineering is summarized, and key technical problems need to be solved are pointed out. Afterwards, current researches on engineered bamboo are analyzed, and technological approaches to improve mechanical properties and production process are proposed. The present paper provides a reference for future research on mechanical properties and application of bamboo, and it is conductive to the development of bamboo in civil engineering as a green ecological building material.
Keywordsbamboo, green building material, bamboo structure, bamboo reinforced concrete, glued laminated bamboo
1引言
隨著對建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的重視,大力發(fā)展綠色環(huán)保的新型建筑材料是土木工程發(fā)展的必然方向。竹子是重要的森林資源之一,全世界竹類植物有107屬1 300多種。我國雖然森林資源相對貧乏,但竹類資源十分豐富,約有40多屬500多種[1]。竹子具有強度高、彈性好、性能穩(wěn)定、密度小、比強度和比剛度高于木材和普通鋼鐵等優(yōu)點,能廣泛應用于土木工程中[2]。
作為建筑材料,竹材在生長過程中有很大的碳儲存[2],加工過程中能耗小于其他常用建筑材料,相較木材的生長周期短許多[3],并且廢棄后可降解,基于全壽命周期評價(LCA)竹材的環(huán)境性能最優(yōu)[4]。此外竹材也具有很好的隔熱效果[5]。因此,竹材是一種優(yōu)質的綠色環(huán)保建材。竹材在我國建筑中的應用歷史悠久,在浙江河姆渡和四川金沙遺址均出土了我國早期的竹結構房屋;在福建土樓墻體中也普遍采用竹材作為拉結材料增強墻體的整體性能;竹材也是多層建筑施工或維修的主要腳手架材料之一。未經(jīng)設計計算冒用竹筋替換鋼筋是豆腐渣工程,但經(jīng)過計算分析和設計構造的竹材結構是一種合格的結構形式。本文對竹材在土木工程中應用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行調研分析,并對未來的研究和應用前景進行展望。
2竹材的力學性能研究
竹材屬于各項異性材料,其三維力學性能十分復雜,且變異性較大。不同部位、竹齡、含水率的竹材力學性能均不相同[6]。竹子主要由纖維厚壁細胞即維管束和纖維薄壁細胞即基體組成,維管束沿軸向整齊排列,對竹材的力學性能貢獻最大,使竹材具有較高的強度和剛度[2]。竹材不同部位細胞大小、形狀、維管束密度、纖維含量各不相同,研究表明竹桿上部比下部的力學強度大[7];竹壁外側比內(nèi)側的力學強度大[2];竹節(jié)較節(jié)間材的抗彎強度、順紋抗壓和抗拉強度都有一定程度的降低,但抗劈強度和橫紋抗拉強度有明顯提高[8]。隨著竹齡增加竹材力學性能也會逐步提高;但當竹桿老化變脆時,強度反而下降[9]。
含水率對竹材的軸向(順紋)抗壓、抗拉、抗剪強度及彈性模量等力學性能影響很大。氣干后竹材的力學性能要優(yōu)于新鮮竹材;但當竹材處于絕干條件下時,因質地變脆反而下降[10]。Xu等[11]對不同含水率的毛竹進行了力學性能的試驗研究,研究表明,當含水率在30%以內(nèi)時,隨含水率的增高圓竹力學性能下降很快;當含水率大于30%后,圓竹力學性能的劣化并不明顯;并提出了圓竹順紋抗壓強度與含水率之間的關系式。
目前竹材力學性能的測定方法以及力學模型的相關研究都主要關注順紋、徑向和弦向的抗拉、抗壓和抗剪強度與彈性模量,對三維受力情況的力學性能關注較少,十分缺乏試驗與理論研究。此外,許多受力情況如圓竹受壓、圓竹受彎等,竹材的破壞通常是由弦向劈裂導致的,但尚未有相關的破壞準則。深入的研究竹材的破壞準則能夠更好地解釋竹材的各種破壞模式。
竹材順紋、徑向和弦向的力學性能差異很大,因而其測試方法也有較大差別。國際標準《竹子物理和機械性能的測定》(ISO 22157-1—2004)[12]、國家標準《竹材物理力學性質試驗方法》(GB/T 15780—1995)[13]和行業(yè)標準《建筑用竹材物理力學性能試驗方法》(JG/T 199—2007)[14]中給出的試驗方法主要用于測定原竹和竹片順紋力學性能。
Harries等[13]總結了竹材力學性能的主要測試方法,其中順紋測試方法如圖1、橫紋測試方法如圖2所示。Lee等[15]對原竹內(nèi)壁施加均勻壓力以測量竹子徑向抗拉強度和彈性模量;Moreira[16]設計了竹片順紋抗剪試驗模型和方法(圖1(e))。Cruiz[17]設計了竹片橫向抗剪試驗方法(圖2(a)),可測量竹片徑向或弦向的抗剪強度;Sharma[18]利用開口銷設計了測量圓竹順紋抗剪強度以及軸向和弦向復合受力力學性能的方法(圖2(b));Mitch等[19]利用開口銷設計了測量圓竹弦向劈裂強度的試驗方法(圖2(c));Sharma等[20]設計了圓竹對徑受壓試驗方法用以間接測定原竹弦向抗拉強度(圖2(d));Garcia等[21]對竹環(huán)試件不同部位施加集中荷載,測定竹材弦向和環(huán)向的泊松比、弦向彈性模量和順紋剪切模量。Sharma等[22]指出,現(xiàn)有的大多數(shù)試驗方法較為復雜,通過進一步研發(fā)簡易的試驗方法可實現(xiàn)竹材強度的快速現(xiàn)場測定。
圖1 竹材順紋力學性能主要試驗方法[22]Fig.1 Summary of longitudinal mechanical properties tests available for bamboo[22]
圖2 竹材徑向與弦向力學性能主要試驗方法[22]Fig.2 Summary of transverse mechanical properties tests available for bamboo[22]
目前針對竹材力學模型的研究很少,其在三維復合受力下的破壞準則也仍未建立。邵卓平[23]研究了毛竹片材在不同溫度及約束條件下沿徑向、弦向和軸向壓縮大變形下的力學行為,并依據(jù)試驗結果擬合了竹材在單向受壓時的應力-應變關系。該研究還顯示,不同約束條件下竹片在徑向和弦向具有相同的力學行為。
3原竹的應用研究
竹子作為建筑材料已有十分悠久的歷史,亞洲的中國、印度,南美洲的哥倫比亞、委內(nèi)瑞拉,非洲的埃塞俄比亞等國均有各類竹質傳統(tǒng)民居[24]。近幾十年中,原竹在建筑結構中的應用更為廣泛。除了原竹結構外,竹筋混凝土結構在國內(nèi)外均已有超過半個世紀的研究和應用歷史;近些年也進行了竹材加固砌體結構、木結構和土體的研究和工程應用嘗試。
在盛產(chǎn)竹子的偏遠地區(qū),仍有不少獨具特色且建造方便的原竹民居,這些房屋的設計和建造大多依賴于建造者的經(jīng)驗。近年來,已有學者針對原竹民居結構開展了相關研究,并提出了相應的設計方法和構造措施。Sharma等[25]設計了足尺水平推覆試驗研究圓竹門架在水平反復荷載作用下的表現(xiàn),并對圓竹柱底的連接開展了深入研究。Richard等[26]研究了圓竹組合柱的受壓性能,研究表明,竹身天然的微弱曲度會對單根竹柱的承載力有影響;多根圓竹組成組合竹柱受壓時,組合柱的屈曲強度與圓竹數(shù)量密切相關。Elles等[27]則研究了一種原竹網(wǎng)殼體系,可以快速搭建,在災害發(fā)生時,可作為緊急避難場所。推動原竹結構的發(fā)展,研究傳統(tǒng)結構中的構件和節(jié)點必不可少,開發(fā)新型原竹結構形式也是一條重要的途徑。
在原竹結構中,原竹兩端的連接起到了重要的作用。常見的節(jié)點形式有棕繩捆綁、穿斗式節(jié)點、螺栓連接、鋼板連接和套筒連接等[28]。棕繩捆綁施工方便,但節(jié)點易松弛、腐爛,且承載力較低;穿斗式節(jié)點處竹材易發(fā)生劈裂。螺栓連接是利用螺栓、鋼筋掛鉤、卡扣等將圓竹連接成整體受力,為保證節(jié)點剛度和穩(wěn)定性常在節(jié)點區(qū)域的原竹空腔內(nèi)灌注水泥砂漿,具有節(jié)點牢固和防蟲防水抗劈裂的優(yōu)點。當多根圓竹交于一點時,可采用鋼板連接或套筒連接。鋼板連接是利用螺栓等將各根圓竹與中心鋼構件上的鉆孔鋼板連接。套筒連接將套筒內(nèi)嵌或外套于原竹端部,套筒可任意角度與中心構件連接。Albermani等[29]研究了新型的樹脂套筒和中心構件,避免了連接時在圓竹兩端打孔,減少了圓竹端部發(fā)生劈裂破壞的機率。以上連接方式各有其優(yōu)缺點和適用條件,研發(fā)具有普遍適用性的新型竹結構連接技術仍是當前的研究熱點。
20世紀初,在建筑工程中已開始采用竹筋替代鋼筋,但由于竹筋未經(jīng)防水防腐處理,導致早期竹筋混凝土構件的強度和耐久性均不理想[30]。這是因為,澆筑時未經(jīng)防水處理的竹筋會吸水,而隨著混凝土干燥,竹筋的干縮更嚴重,從而導致竹筋和混凝土脫離,其粘結很差[31]。從20世紀50年代起,各國學者開始研究竹筋防水防腐的處理方法,研發(fā)有效的竹材防水防腐涂層材料,并進行經(jīng)過防水防腐處理竹筋混凝土構件(竹筋混凝土梁、柱、板、墻)的研究[32-33]。研究表明,采用有效的防水措施后,竹筋能夠使混凝土構件的承載力顯著提高[31,34]。竹筋混凝土在實際工程也得到了一定的應用,在20世紀50年代,我國建造了大量竹筋混凝土建筑。但到20世紀50年代末發(fā)現(xiàn),由于采用的瀝青等防水防腐涂層會明顯降低竹筋和混凝土的表面連接、劣化粘結強度,使竹筋混凝土的承載力低于設計預期[35]。
近些年,Ghavami[31]通過大量試驗發(fā)現(xiàn),表面處理材料Sikadur 32-Gel不僅能有效地防水防腐,同時能保證竹筋和混凝土的粘結力,從而保證竹筋混凝土構件的承載力。Schneider等[36]對竹筋混凝土梁的構造措施進行了試驗研究,試驗表明,竹筋錨固長度應至少大于30 cm,并且竹節(jié)處保留隔膜有利于增強竹筋和混凝土之間的粘結性能。
現(xiàn)在各地仍留存一定數(shù)量的竹筋混凝土建筑,在對這些拆除的竹筋混凝土構件進行研究后發(fā)現(xiàn),部分竹筋混凝土構件的承載力低于預期值[37];而也有部分構件表現(xiàn)很好,竹筋也未腐爛[31]。目前,竹筋混凝土的徐變性能和長期性能仍有待于進一步研究,這是其推廣應用的前提。
竹腳手架仍是我國華東和華南地區(qū)的主要腳手架形式之一,目前,竹腳手架的受力機理和設計方法已有系統(tǒng)性研究。我國行業(yè)規(guī)范《建筑施工竹腳手架安全技術規(guī)范》(JGJ 254—2011)[38]中規(guī)定了竹腳手架選材和綁扎的構造要求。國際竹藤組織(INBAR)曾邀請香港理工大學學者Chung和Chan撰寫過一本竹腳手架設計手冊(Design of Bamboo Scaffolds)[39]。該設計手冊從竹材的性能入手系統(tǒng)地介紹了竹腳手架的設計方法:通過大量的材性試驗得到了竹材受壓和受彎的強度與彈性模量設計值[40];通過單根竹子的屈曲試驗與理論研究,提出了單根竹子的強度計算方法[41];對選用不同綁扎材料的節(jié)點開展試驗研究,得到了節(jié)點強度的設計值[42];對常見的單層和雙層的竹腳手架形式分別開展數(shù)值分析,并依據(jù)分析結果提出構造建議;最后對整個設計過程進行梳理,提出一套完整的設計方法。在以上知識體系的基礎上保證規(guī)范的操作,竹腳手架可以廣泛應用于工程之中。在香港,因為重視竹腳手架安全管理,嚴格按照規(guī)范操作,竹腳手架的使用比例遠遠高于我國其他地區(qū)。因此,為推廣竹腳手架的使用,現(xiàn)階段應注重相應的安全管理,搭設工人也需進行專門的培訓,以確保竹腳手架的安全[42]。
Moroz等[43]嘗試了將整根圓竹用于混凝土砌塊結構中,并進行了單片墻體平面內(nèi)往復水平荷載試驗,研究表明,帶圓竹砌塊墻體承載力得到明顯提高。Lyer等[44]進行了少量竹筋與砂漿的粘結性能試驗,并提出了配筋砌體結構的設計和承載力計算方法。將竹筋用于砌體結構中的相關研究仍處于起步階段,針對竹筋的錨固,竹筋的粘結能力,墻體平面內(nèi)或平面外受力的破壞行為,竹筋砌體結構的長期性能,以及承載力的計算方法等都需要更多試驗和理論研究。
竹筋在土體加固中的應用歷史悠久,比如福建土樓墻體以生土為主要建筑材料,摻上細沙、石灰、竹片、木條等,經(jīng)過反復揉、舂、壓建造而成。近年來,已有學者嘗試將竹筋應用于邊坡治理[45]、軟土地基加固[46]、深基坑穩(wěn)定[47]等工程實踐中,試驗、數(shù)值分析與工程實踐結果均表明竹筋能夠有效加固土體。在未來的工作中,針對竹筋的處理方法和竹筋土工程開展試驗研究和數(shù)值分析工作,可以進一步了解竹筋和土體共同作用的機理和加固后的長期性能,給竹筋在土工系統(tǒng)中的廣泛應用建立充分的理論依據(jù)。
許清風等[48]進行了粘貼竹片加固木梁的試驗研究,研究表明,加固后木梁的受彎承載力得到顯著提升。朱雷等[49]進行了粘貼竹片加固混凝土梁的試驗嘗試,結果顯示,加固后混凝土梁的極限承載力和初始彎曲剛度均有不同程度的提高。已有研究表明,粘貼竹片是一種有效的加固方法,但竹片表面處理、錨固方式、合理粘貼量和理論計算方法有待進一步研究,加固后的長期性能也有待于深入研究。
4工程竹的研究與應用
根據(jù)工藝的不同,工程竹主要有層合竹材、平行層竹材、竹席膠合板、竹簾膠合板、竹簾竹席復合膠合板等,可用作結構材料、模板、裝飾板材和地板等。
寧波大學和東北林業(yè)大學聯(lián)合對竹簾膠合板-冷彎薄壁型鋼組合結構體系進行了研究。鋼-竹組合工字梁受剪性能試驗顯示梁的整體性能突出[50];鋼-竹組合箱形柱的抗震性能試驗結果顯示其力學性能優(yōu)良,具有較高的剛度和承載能力[51];鋼-竹組合墻體的試驗研究結果顯示,墻體具有較好的承載力、剛度、延性和耗能能力,選用適宜的夾心層保溫材料填充方案可符合節(jié)能標準[52];鋼-竹組合樓板的抗彎性能試驗表明,樓板具有良好的延性性能和承載力[53];在以上研究基礎上,單煒等[54]還提出了各構件適用的設計計算方法。
湖南大學基于竹席竹簾復合膠合板研發(fā)了新型膠合竹材Glubam,并針對Glubam的材料、構件和結構性能開展了系統(tǒng)研究。Glubam中縱橫向纖維量比例有多種形式,目前研究較多的縱橫向纖維比為4:1[55]。針對Glubam基本力學性能的研究得到了材料的抗壓性能、抗彎性能、抗拉性能、抗剪性能、拉壓本構關系和材料的破壞準則,并為Glubam用于實際工程提出了建議設計值[56]。Glubam用于結構的相關研究包括:對于矩形膠合竹梁,基于靜力試驗研究結果得到了其強度和撓度計算式;疲勞性能試驗結果顯示膠合竹梁疲勞性能良好;長期性能試驗結果顯示Glubam的蠕變性能滿足規(guī)范要求[57-58];足尺膠合竹房屋模型的推覆試驗結果顯示,房屋延性良好;足尺膠合竹房屋模型的振動臺試驗結果顯示,輕型竹結構房屋可以滿足8度抗震要求[59];火災試驗結果顯示,1小時受火后膠合竹房屋維持了良好的整體性[60]。Glubam還可與其他材料組成組合構件:Glubam-混凝土組合梁的剪切滑移試驗結果顯示其荷載-滑移曲線較為理想;木框架與膠合竹覆面板組合的剪力墻水平低周反復試驗結果顯示,竹材具有與木材相當?shù)某休d力和變形能力[61-62]。目前Glubam用于現(xiàn)代竹結構的建造已有實例,如北京紫竹院公園竹結構茶樓[63]、汶川地震后開發(fā)的抗震安置房[64]等。
此外,針對層合竹材、平行層竹材、竹席膠合板等在結構中的應用也有少量研究。但由于工程竹的種類很多,各位學者研究的材料也基本不同,絕大多數(shù)工程竹還沒有得到系統(tǒng)的研究。若要大面積推廣工程竹在建筑中的應用,必須對工程竹的生產(chǎn)、力學特性、構件以及連接、結構整體特性、防火性能等開展深入系統(tǒng)的研究。
李向民[65]進行了粘貼膠合竹板抗彎加固木梁的試驗研究,結果顯示,膠合竹板加固后木梁的受彎承載力和初始彎曲剛度都得到了顯著提升。李向民等[66]進行了粘貼膠合竹板與木材粘結性能的試驗研究,在試驗和分析基礎上給出了不同破壞模式下局部粘結剪應力-滑移曲線。今后還需進行木材樹種、竹板厚度、結構膠類型、使用環(huán)境等其它參數(shù)的試驗研究和理論分析。
許清風等[67]進行了粘貼膠合竹板加固預應力混凝土空心板的試驗,研究表明,粘貼不同厚度和寬度膠合竹板加固預制空心板的開裂荷載和極限荷載都有不同程度的提高,提高幅度均隨膠合竹板厚度和寬度的增加而增大。朱雷等[68]進行了粘貼膠合竹板加固混凝土梁的試驗,研究表明,粘貼膠合竹板加固RC梁的極限承載力得到有效提高,極限位移則顯著降低。粘貼竹板加固混凝土梁的理論計算和有限元分析結果均與試驗值吻合較好,滿足工程精度要求。今后還需深入研究加固后混凝土構件的作用機理、耐久性能、防火性能和長期性能等,并提出相應的設計方法和施工工藝。
5竹材的其他研究
近些年,竹纖維在土木建筑行業(yè)中的應用逐漸得到了人們的關注,一個主要的研究方向是竹纖維混凝土。陳瑞麟等[69]對不同摻量竹纖維混凝土基本力學性能的研究結果表明,竹纖維的摻入可明顯提高混凝土的抗拉強度和延性。Zhang等[70]研究發(fā)現(xiàn)竹纖維的摻入對混凝土抗彎強度的影響并不大,但在受荷早期可控制混凝土微裂縫的發(fā)展;而Wang等[71]研究發(fā)現(xiàn)竹纖維混凝土的抗沖擊能力要遠遠優(yōu)于素混凝土。陳翔等[72]對竹纖維混凝土墻板的研究結果顯示其在抗彎拉和延緩開裂方面都優(yōu)于普通混凝土墻板。
竹加筋復合錨桿是一種粘結型土體錨定結構,其構造是在處理過的圓竹空腔中放置鋼絞線或鋼筋,并用內(nèi)粘結劑將鋼絞線或鋼筋與圓竹固定。對竹加筋復合錨桿的力學特性、粘結性能、應力和變形傳播規(guī)律、錨固機理、動力響應等研究表明,用該復合錨桿加固古代夯土建筑能顯著提高土體的承載力[73]。楠竹加筋復合錨桿目前僅在新疆吐魯番交河故城崖體加固工程中得到實際應用。在未來的研究中,可考慮對錨桿和錨固技術進行優(yōu)化,對該復合錨桿的長期性能也應開展研究,并可考慮擴展竹加筋復合錨桿的應用范圍,將其應用于更多形式的土體加固工程之中。
6總結與展望
綜上所述,竹材是一種力學性能和環(huán)保性能都十分優(yōu)越的可再生的生態(tài)材料。竹材在土木工程中的應用歷史悠久,已在建筑、橋梁、裝飾材料、土體加固、施工腳手架、模板等領域得到廣泛應用。通過多年的研究和工程實踐,對竹材的力學性能和結構性能有了一定的了解,也積累了一定的經(jīng)驗,但將竹材在土木工程領域中大范圍推廣應用,仍有許多關鍵技術有待研發(fā)。
(1) 應開展復合受力情況下竹材力學性能的試驗研究,建立竹材三維受力的破壞準則,為理論分析和數(shù)值分析提供依據(jù)。
(2) 應加大原竹結構性能的研究力度,著力解決原竹結構連接、建造、防腐和防火等關鍵技術的研發(fā),形成我國原竹結構的設計規(guī)范,用于指導我國特別是偏遠地區(qū)原竹結構的建造,優(yōu)先實現(xiàn)結構體系的本地化;也可用于指導災后緊急救災居所的快速建設,體現(xiàn)建造的輕型化和工業(yè)化。
(3) 當采用竹材替代傳統(tǒng)結構材料時,需研究替代后可能引起的技術新難點。如用竹筋代替混凝土中鋼筋時,需解決竹筋吸水膨脹以及竹筋與混凝土之間變形協(xié)調問題;用竹板代替FRP外貼法加固時,需解決竹板與木材或混凝土之間的粘結錨固性能;用竹加筋復合錨桿取代傳統(tǒng)錨桿時,需研究竹加筋復合錨桿的長期性能和耐久性能等。
(4) 進一步優(yōu)化工程竹的力學性能和生產(chǎn)工藝,研發(fā)工程竹在土木工程中應用的成套技術體系,方便今后的進一步推廣。
總之,竹材在土木工程中的應用研究處于快速成長階段,通過對竹材應用技術的深入系統(tǒng)研究,將全面提升竹材作為“綠色生態(tài)建筑材料”的綜合應用水平。
參考文獻
[1]易同培,史軍義,馬麗莎,等.中國竹類圖志[M].北京:科學出版社,2008.
Yi Tongpei,Shi Junyi,Ma Lisha,et al.A photographic guide to Chinese bamboo [M].Beijing:Science Press,2008.(in Chinese)
[2]冼杏娟,冼定國.竹材的微觀結構及其與力學性能的關系[J].竹子研究匯刊,1990,9(3):10-23.
Xian Xingjuan,Xian Dingguo.The relationship of microstructure and mechanical properties of bamboo [J].Journal of Bamboo Research,1990,9(3):10-23.(in Chinese)
[3]Flander K D,Rovers R.One laminated bamboo-frame house per hectare per year[J].Construction and Building Materials,2009,23(1):210-218.
[4]van der Lugt P,van den Dobbelsteen A A J F,Janssen J J A.An environmental,economic and practical assessment of bamboo as a building material for supporting structures[J].Construction and Building Materials,2006,20(9):648-656.
[5]曾德軍.竹材結構墻體熱特性實驗研究[D].長沙:湖南大學,2011.
Zeng Dejun.Experimental study on the bamboo structure wall heat transfer characteristics [D].Changsha:Hunan University,2011.(in Chinese)
[6]周芳純.竹材物理力學性質的研究[J].南京林產(chǎn)工業(yè)學院學報,1981,2(1):1-32.
Zhou Fangchun.Studies on physical and mechanical properties of bamboo woods[J].Journal of Nanjing Forestry University,1981,2(1):1-32.(in Chinese)
[7]張曉冬,程秀才,朱一辛.毛竹不同高度徑向彎曲性能的變化[J].南京林業(yè)大學學報(自然科學報),2006,30(6):44-46.
Zhang Xiaodong,Cheng Xiucai,Zhu Yixin.Variation of bending performance with different location of bamboo [J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition),2006,30(6):44-46.(in Chinese)
[8]邵卓平,黃盛霞,吳福社,等.毛竹節(jié)間材與節(jié)部材的構造與強度差異研究[J].竹子研究匯刊,2008,27(2):48-52.
Shao Zhuoping, Huang Shengxia,Wu Fushe,et al.A study on the difference of structure and strength between internodes and nodes of moso bamboo [J].Journal of bamboo research,2008,27(2):48-52.(in Chinese)
[9]于文吉,江澤慧,葉克林.竹材特性研究及其進展[J].世界林業(yè)研究,2002,15(2):50-55.
Yu Wenji,Jiang Zehui,Ye Kelin.Characteristics research of bamboo and its development [J].World Forestry Research,2002,15(2):50-55.(in Chinese)
[10]李霞鎮(zhèn).毛竹材力學及破壞特性研究[D].北京:中國林業(yè)科學研究院,2009.
Li Xiazhen.Research on mechanics and failure properties of moso bamboo [D].Beijing:Chinese Academy of Forestry,2009.(in Chinese)
[11]Xu Q,Harries K A,Li X,et al.Mechanical properties of structural bamboo following immersion in water [J].Engineering Structures,2014,81:230-239.
[12]ISO 22157-1—2004 Bamboo-determination of physical and mechanical properties - Part 1:requirements[S].Switzerland:International Organization for Standardization,2004.
[13]GB/T 15780—1995 竹材物理力學性質試驗方法[S].北京:中國標準出版社,1995.
GB/T 15780—1995Testing methods for physical and mechanical properties of bamboos [S].Beijing:Standards Press of China,1995.(in Chinese)
[14]JG/T 199—2007 建筑用竹材物理力學性能試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2007.
JG/T 199—2007Testing methods of physical and mechanical properties of bamboo used in building [S].Beijing:Standards Press of China,2007.(in Chinese)
[15]Lee P H,Odlin M,Yin H.Development of a hollow cylinder test for the elastic modulus distribution and the ultimate strength of bamboo[J].Construction and Building Materials,2014,51(1):235-243.
[16]Moreira L E.Desenvolvimento de estruturas treliadas espaciais de bamboo[D].Rio de Janeiro:Pontificia Universidade Catolica,1991.
[17]Cruz M L S.Caracteriza?o fisica e mecnica de colmos inteiros do bambu da espécie phyllostachys aurea:comportamento à flambagem[D].Rio de Janeiro:Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro,2002.
[18]Sharma B.Performance based design of bamboo structures[D].Pittsburgh:University of Pittsburgh,2010.
[19]Mitch D,Harries K A.Characterization of splitting behavior of bamboo culms[J].ASCE Journal of Materials in Civil Engineering,2010,22(1):1195-1199.
[20]Sharma B,Harries K A,Ghavami K.Methods of determining transverse mechanical properties of full-culm bamboo[J].Construction and Building Materials,2013,38(1):627-637.
[21]García J J,Rangel C,Ghavami K.Experiments with rings to determine the anisotropic elastic constants of bamboo[J].Construction and Building Materials,2012,31(1):52-57.
[22]Harries K A,Sharma B,Richard M.Structural use of full culm bamboo:the path to standardization[J].International Journal of Architecture,Engineering and Construction,2012,1(2):66-75.
[23]邵卓平.竹材在壓縮大變形下的力學行為I.應力-應變關系[J].木材工業(yè),2003,17(2):12-14,32.
Shao Zhuoping.Mechanical behavior of bamboo with large deformation I.the relationship between stress and strain [J].China Wood Industry,2003,17(2):12-14,32.(in Chinese).
[24]劉可為,奧利弗·弗里斯.全球竹建筑概述——趨勢和挑戰(zhàn)[J].世界建筑,2011,12(1):26-34.
Liu Kewei,Oliver Firth.An overview of global bamboo architecture:trends and challenges [J].World Architecture,2011,12(1):26-34.(in Chinese)
[25]Sharma B,Mitch D,Harries K A,et al.Pushover behaviour of bamboo portal frame structure[J].International Wood Products Journal,2011,2(1):20-29.
[26]Richard M J,Harries K A.Experimental buckling capacity of multiple-culm bamboo columns[C].13th International Conference on Non-Conventional Materials and Technologies:Novel Construction Materials and Technologies for Sustainability,Changsha,China,2012:51-62.
[27]Eells P,Pagliassotti M,Brown K,et al.Design of a rapidly deployable bamboo gridshell structure[C].14th International Conference Non-conventional Materials and Technologies (IC-NOCMAT 2013),Jo?o Pessoa,Brazil,2013:
[28]張楠,柏文峰.原竹建筑節(jié)點構造分析及改進[J].科學技術與工程,2008,8(18):5318-5322,5326.
Zhang Nan,Bai Wenfeng.Analyzing and improving the construction of bamboo houses nodes [J].Science Technology and Engineering,2008,8(18):5318-5322,5326.(in Chinese)
[29]Albermani F,Goh G Y,Chan S L.Lightweight bamboo double layer grid system[J].Engineering Structures,2007,29(7):1499-1506.
[30]胡松林.竹筋混凝土板的初步研究[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,1956,10(1):3-24.
Hu Songlin.Primary research of bamboo reinforced concrete slabs [J].Journal of Harbin Institute of Technology,1956,10(1):3-24.(in Chinese)
[31]Ghavami K.Bamboo as reinforcement in structural concrete elements[J].Cement and Concrete Composites,2005,27(6):637-649.
[32]王慧英,趙衛(wèi)鋒,補國斌.竹筋混凝土技術在建筑結構中的應用[J].建筑技術,2012,43(7):605-607.
Wang Huiying,Zhao Weifeng,Bu Guobin.Application technology of bamboo reinforced concrete in building structures [J].Architecture Technology,2012,43(7):605-607.(in Chinese)
[33]胡杏芳.竹材的防水處理(竹筋混凝土中竹材的防水處理)[J].同濟大學學報,1957,4(1):185-192.
Hu Xingfang.Waterproof methods for bamboo (waterproof methods for concrete reinforcing bamboo) [J].Journal of Tongji University,1957,4(1):185-192.(in Chinese)
[34]Ghavami K.Ultimate load behaviour of bamboo-reinforced lightweight concrete beams[J].Cement and Concrete Composites,1995,17(4):281-288.
[35]李大黑.竹筋混凝土構件不宜用于承重結構[J].建筑技術,1986,4(1):52-53.
Li Dahei.Bamboo reinforced concrete elements not suitable for load-bearing structures [J].Architecture Technology,1986,4(1):52-53.(in Chinese)
[36]Schneider N,Pang W,Gu M.Application of bamboo for flexural and shear reinforcement in concrete beams[C].Structures Congress 2014,American Society of Civil Engineers,Boston,Massachusetts,United States,2014:1025-1035.
[37]Janssen J A.Designing and building with bamboo[R].Beijing:International Network for Bamboo and Rattan (INBAR),2000.
[38]JGJ 254—2011 建筑施工竹腳手架安全技術規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.
JG/T 254—2011Technical code for safety of bamboo scaffold in construction [S].China Architecture and Building Press,2011.(in Chinese)
[39]Chung K F,Chan S L.Design of bamboo scaffolds[R].Beijing:International Network for Bamboo and Rattan (INBAR),2002.
[40]Chung K F,Yu W K.Mechanical properties of structural bamboo for bamboo scaffoldings[J].Engineering Structures,2002,24(4):429-442.
[41]Yu W K,Chung K F,Chan S L.Column buckling of structural bamboo[J].Engineering Structures,2003,25(6):755-768.
[42]Yu W K,Chung K F,Chan S L.Axial buckling of bamboo columns in bamboo scaffolds[J].Engineering Structures,2005,27(1):61-73.
[43]Moroz J G,Lissel S L,Hagel M D.Performance of bamboo reinforced concrete masonry shear walls[J].Construction and Building Materials,2014,61(1):125-137.
[44]Lyer S.Guidelines for building bamboo-reinforced masonry in earthquake-prone areas in india[D].California:University of Southern California,2002.
[45]呂韜.高填方土質邊坡中竹筋的研究與實踐[D].重慶:重慶大學,2007.
Lu Tao.The research and application of the bamboo tendons in the reinforced retaining slope [D].Chongqing:Chongqing University,2007.(in Chinese)
[46]黨發(fā)寧,劉海偉,王學武.竹子作為抗拉筋材加固軟土路堤的應用研究[J].巖土工程學報,2013,35(S2):44-48.
Dang Faning,Liu Haiwei,Wang Xuewu.Application of bamboo as tensile reinforcement to strengthening of embankment of soft soils [J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013,35(S2):44-48.(in Chinese)
[47]Dai Z,Chen Y,Zheng G,et al.Numerical analysis on the mechanism of bamboo soil nails and bamboo piles in rows for retaining deep foundation pit[C].2014 GeoShanghai International Congress:Tunneling and Underground Construction,American Society of Civil Engineers (ASCE),Shanghai,China,2014:720-730.
[48]許清風,陳建飛,李向民.粘貼竹片加固木梁的研究[J].四川大學學報(工程科學版),2012,44(1):36-42.
Xu Qingfeng,Chen Jianfei,Li Xiangmin.Study on timber beams strengthened with bamboo strips [J].Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition),2012,44(1):36-42.(in Chinese)
[49]朱雷,許清風,陳建飛.粘貼竹片加固混凝土梁的試驗研究[J].結構工程師,2012,28(3):141-146.
Zhu Lei,Xu Qingfeng,Chen Jianfei.Strengthening RC beams with externally bonded bamboo strips[J].Structural Engineers,2012,28(3):141-146.(in Chinese)
[50]李玉順,沈煌瑩,單煒,等.鋼-竹組合工字梁受剪性能試驗研究[J].建筑結構學報,2011,32(7):80-86.
Li Yushun,Shen Huangying,Shan Wei,et al.Experimental study on shear behavior of I-shaped section bamboo-steel composite beams [J].Journal of Building Structures,2011,32(7):80-86.(in Chinese)
[51]蔣天元,李玉順,單煒,等.薄壁C型鋼—竹膠板組合箱型柱抗震性能試驗[J].東北林業(yè)大學學報,2011,39(12):82-85.
Jiang Tianyuan,Li Yushun,Shan Wei,et al.Seismic behavior of thin-walled C steel-bamboo plywood composite column [J].Journal of Northeast Forestry University,2011,39(12):82-85.(in Chinese)
[52]許杰.鋼—竹組合墻體抗震性能研究及傳熱性能研究[D].寧波:寧波大學,2012.
Xu Jie.Study on seismic performance and heat transfer performance of bamboo-steel composite wall [D].Ningbo:Ningbo University,2012.(in Chinese)
[53]Li Y,Shen H,Shan W,et al.Flexural behavior of lightweight bamboo-steel composite slabs[J].Thin-walled Structures,2012,53(1):83-90.
[54]單煒,李玉順,蔣天元.鋼-竹組合結構體系設計方法[J].建筑科學與工程學報,2012,29(1):15-20.
Shan Wei,Li Yushun,Jiang Tianyuan.Design method of steel-bamboo composite structure system [J].Journal of Architecture and Civil Engineering,2012,29(1):15-20.(in Chinese).
[55]肖巖,楊瑞珍,單波,等.結構用膠合竹力學性能試驗研究[J].建筑結構學報,2012,33(11):150-157.
Xiao Yan,Yang Ruizhen,Shan Bo,et al.Experimental research on mechanical properties of glubam [J].Jouranl of Building Structures,2012,33(11):150-157.(in Chinese)
[56]楊瑞珍.膠合竹材力學性能及螺栓連接件性能的研究與應用[D].長沙:湖南大學,2009.
Yang Ruizhen.Research on material properties of Glubam and its application [D].Changsha:Hunan University,2009.(in Chinese)
[57]Xiao Y,Li L,Yang R Z.Long-term loading behavior of a full-scale glubam bridge model[J].Journal of Bridge Engineering,2014,19(9):1-7.
[58]周泉.Glubam膠合竹梁試驗研究及工程應用[D].長沙:湖南大學,2013.
Zhou Quan.Experimental study and engineering application of glue laminated bamboo beams [D].Changsha:Hunan University,2013.(in Chinese)
[59]陳國,單波,肖巖.輕型竹結構房屋抗震性能的試驗研究[J].振動與沖擊,2011,30(10):136-142.
Chen Guo,Shan Bo,Xiao Yan.A seismic performance tests for a light glubam house [J].Journal of Vibration and Shock,2011,30(10):136-142.(in Chinese)
[60]Xiao Y,Ma J.Fire simulation test and analysis of laminated bamboo frame building[J].Construction and Building Materials,2012,34(1):257-266.
[61]王睿.現(xiàn)代竹木結構剪力墻主要連接件的理論分析與試驗研究[D].長沙:湖南大學,2013.
Wang Rui.Connections of shear walls in modern bamboo-wood structures-theoretical analysis and experimental study [D].Changsha:Hunan University,2013.(in Chinese)
[62]張偉亮.膠合竹GluBam-混凝土組合梁組合方式及基本性能的試驗研究[D].長沙:湖南大學,2013.
Zhang Weiliang.Composite modes and experimental study on basic performance of Glubam-concrete composite beams [D].Changsha:Hunan University,2013.(in Chinese)
[63]陳國,肖巖.北京市紫竹院公園竹結構茶樓結構設計[J].四川建筑科學研究,2013,39(5):1-6.
Chen Guo,Xiao Yan.Structural design of bamboo frame tea house in Beijing Black Bamboo Park [J].Sichuan Building Science,2013,39(5):1-6.(in Chinese)
[64]肖巖,佘立永,單波.裝配式竹結構房屋在汶川地震災后安置的應用[C].第18屆全國結構工程學術會議,廣州,2009:480-487.
Xiao Yan,She Liyong,Shan Bo.Application of prefabricated bamboo house in the arranging for the wenchuan earthquake [C].The 18th National Structural Engineering Conference,Guangzhou,2009:480-487.(in Chinese)
[65]李向民.粘貼竹板抗彎加固木梁的試驗研究[J].建筑結構,2013,43(6):95-98.
Li Xiangmin.Experimental study on timber beams flexural strengthened with bamboo plates [J].Building Structure,2013,43(6):95-98.(in Chinese)
[66]李向民,許清風,張富文.粘貼竹板與木材黏結性能試驗研究[J].施工技術,2013,42(16):1-4.
Li Xiangmin,Xu Qingfeng,Zhang Fuwen.Experimental research on bond behavior of glued bamboo plate and wood [J].Construction Technology,2013,42(16):1-4.(in Chinese)
[67]許清風,李向民,陳建飛,等.粘貼竹板加固預應力混凝土空心板的試驗研究[J].東南大學學報(自然科學版),2013,43(3):559-564.
Xu Qingfeng,Li Xiangmin,Chen Jianfei,et al.Experimental study on PC hollow-core slab strengthened with bamboo plates [J].Journal of Southeast University (Natural Science Edition),2013,43(3):559-564.(in Chinese)
[68]朱雷,許清風,張富文.粘貼竹板加固鋼筋混凝土梁的試驗研究與分析[J].中南大學學報(自然科學版),2015.46(9):3439-3445.
Zhu Lei,Xu Qingfeng,Zhang Fuwen.Experimental and analysis investigations into RC beams strengthened with bamboo plates [J].Journal of Central South University (Natural Science Edition),2015.46(9):3439-3445.(in Chinese)
[69]陳瑞麟,曾家民.竹纖維混凝土主要力學性能的試驗研究[J].華僑大學學報(自然科學版),1990,11(4):377-381+431.
Chen Ruilin,Zeng Jiamin.Experimental study on mechanical properties of bamboo fiber concrete [J].Journal of Huaqiao University,1990,11(4):377-381,431.(in Chinese)
[70]Zhang C,Huang Z,Chen G W.Experimental research on bamboo fiber reinforced concrete[C].3rd International Conference on Civil Engineering,Architecture and Building Materials (CEABM),Jinan,China,2013:1045-1048.
[71]Wang X D,Zhang C,Huang Z,et al.Impact experimental research on hybrid bamboo fiber and steel fiber reinforced concrete[C].3rd International Conference on Civil Engineering,Architecture and Building Materials (CEABM),Jinan,China,2013:1049-1052.
[72]陳翔,張小軍,賀冉.竹纖維混凝土墻板的試驗研究[J].湖南城市學院學報(自然科學版),2012,21(3):11-14.
Chen Xiang,Zhang Xiaojun,He Ran.Experimental study on the bamboo fiber reinforced concrete wall slab [J].Journal of Hunan City University (Natural Science) Edition,2012,21(3):11-14.(in Chinese)
[73]王曉東.古代夯土建筑動力響應及抗震保護[D].蘭州:蘭州大學,2011.
Wang Xiaodong.Dynamic response and earthquake-resistant conservation of historic rammed earth construction[D].Lanzhou:Lanzhou University,2011.(in Chinese)
基金項目:上海市工程結構安全重點實驗室開放課題(2013-KF02)
收稿日期:2014-11-17
*聯(lián)系作者, Email:xuqingfeng73@163.com