大跨度竹质桥梁构件连接构造研究

摘要

随着社会的进步和经济的发展，传统建筑材料，例如钢铁和混凝土的需求在世界范围内正在高速增长。与此同时，传统建筑材料对环境和社会造成的影响也越来越严重，特别是在发展中国家，混凝土和钢材是高耗能、高污染的工业产品，因为它们的生产消耗了大量的能源，产生大量的废气、废水和废渣，并逐渐影响全球的生态环境。可持续发展已经成为了当今国际社会的重大主题，体现出绿色、节能、环保、低碳是它的必然选择。因此，开发新型环保建筑材料，去逐渐减少甚至取代传统建筑材料钢材和混凝土的使用，这已成为二十一世纪土木工程新的挑战。
　　竹材是一种良好的天然建筑材料，其本身具有质轻、高强、韧性好等多种优点，自古就用于建筑及受力结构。在现代土木工程中，将竹材作为一种基本建筑材料是因为其具有以下几个关键特性:第一，竹材料在世界许多地方都可以找得到，特别是在发展中国家，中国和印度最显著，竹子是巨型草，种植起来比树木快得多，一般四年就可以收获，而且可以再生;第二，竹子有良好的机械性能，容易做成不同的形状发挥不同作用;第三，竹子的生产过程环保无污染，符合可持续发展的需求。但是未加工的普通竹材有横向强度不足、横截面尺寸小的缺点，在工程上很难开展大规模运用，特别是作为主要承重结构，重组工程竹的出现开始改变这一现状，重组竹是上个世纪90年代开始研究的新产品，是一种将竹材重新组织并加以强化成型的新材料，其竹材利用率高、物理力学性能优良、加工性能好、外表美观、工艺简单、且成本低廉，是中国竹产区最有发展潜力的资源环保型的科研产品。
　　如何利用重组竹材建造桥梁是一个棘手的问题，由于我国尚无竹结构的相关规范，许多竹材相关理论还需进一步研究，其中寻求可靠地竹质桥梁连接构造方式是建造竹质桥梁的基础，本文重点从以下几个方面研究大跨度竹质桥梁构件的连接构造问题:
　　①调研分析桥梁基本构件及连接形式，重点研究现有木结构桥梁主要连接构造形式;
　　②分析确定竹质桥梁可用连接构造形式，设计竹质桥梁连接构造实际方案;
　　③探索竹结构连接构造设计相关理论，主要包括竹质桥梁构件计算理论，螺栓连接计算理论，温度及蠕变分析相关理论;
　　④提出竹质构件连接构造相关要求，如受弯构件挠度限值、受压构件长细比限值、螺栓间距容许限值;
　　⑤利用ansys有限元分析软件，通过合理的建模、网格划分以及正确的加载方法，得到连接后的竹梁位移、应力云图，并分析连接钢构件对竹结构刚度及位移的影响;
　　⑥重点探讨连接构件的疲劳性能及温度、蠕变对结构应力及位移的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 竹结构研究现状及发展动态

1．2 连接构造研究进展

1．3 竹材的材料特性及应用

1．3．1 竹材的结构特性

1．3．2 竹材的力学性能

1．3．3 竹材的应用

1．4 本文拟进行的主要工作

1．4．1 课题研究的必要性

1．4．2 课题研究的主要工作

第二章 桥梁连接构造基本形式

2．1 桥梁基本构件形式

2．1．1 梁式桥梁基本构件

2．1．2 拱式桥梁基本构件

2．1．3 斜拉桥梁基本构件

2．1．4 悬索桥梁基本构件

2．2 基本构件连接形式

2．2．1 单铰连接

2．2．2 两铰连接

2．2．3 固定连接

2．2．4 弹性连接

2．3 现有木结构桥梁主要连接构造形式

2．3．1 钢夹板连接

2．3．2 钢填板连接

2．3．3 预制钢构件连接

2．4 本章小结

第三章 竹质桥梁构件连接构造方案设计

3．1 连接构造设计中应考虑的因素

3．2 梁与粱连接

3．2．1 设计思路

3．2．2 设计方案

3．3 梁与柱连接

3．3．1 设计思路

3．3．2 设计方案

3．4 柱与柱连接

3．4．1 设计思路

3．4．2 设计方案

3．5 本章小结

第四章 连接构造设计相关理论

4．1 螺栓连接的通用设计计算理论

4．1．1 螺栓连接的连接型式与屈服模式

4．1．2 应力图式和计算公式

4．1．3 竹材与竹材的螺栓连接

4．1．4 竹材与钢材的螺栓连接

4．1．5 竹材与混凝土的螺栓连接

4．2 螺栓连接的常用设计计算理论

4．2．1 对称双剪连接的计算原理

4．2．2 螺栓连接常用计算公式

4．2．3 螺栓连接不受竹材承压控制的条件

4．3 竹质桥梁构件计算理论

4．3．1 轴心拉压构件计算

4．3．2 受弯构件计算

4．3．3 拉弯与压弯构件计算

4．4 连接构造设计相关要求

4．4．1 受弯构件挠度限值

4．4．2 受压构件长细比限值

4．4．3 螺栓间距容许限值

4．5 温度及蠕变分析相关理论

4．5．1 温度应力对连接构造性能的影响

4．5．2 蠕变对连接构造性能的影响

4．6 本章小结

第五章 竹质桥梁构件连接构造力学行为分析

5．1 单元的选取及基本假定

5．1．1 竹梁的模拟

5．1．2 连接钢构件的模拟

5．1．3 基本假定

5．2 模型的建立

5．2．1 建模参数及网格划分

5．2．2 边界条件约束与加载

5．3 有限元结果分析

5．3．1 静力结果分析

5．3．2 疲劳结果分析

5．3．3 温度应力结果分析

5．3．4 蠕变结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表论著及参与科研情况