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user: 3. 试验结果与分析 3.1. 重组竹密度测定 分别测定全干状态和气干状态下重组竹密度，其中气干密度为自然风干后的试件密度，全干密度为试件在60℃ ± 2℃条件下烘8 h后的密度，重组竹试件风干密度及全干密度如表1所示。 由表1可知：重组竹材气干密度平均值为1.204 g/cm³，全干密度为1.081 g/cm 3 ，可见重组竹较为致密，密度超过大部分木材。而同等条件下毛竹密度为0.869 g/cm³，与重组竹密度相比，减小了27.8%，表明重组竹具有较大的容重，密度和重木相当，密实性要好于毛竹。 Table 1 Dry density and total dry density of Bamboo Scrimbe 试件编号 气干密度g/cm 3 全干密度g/cm 3 MD1 1.221 1.074 MD2 1.060 0.947 MD3 1.283 1.159 MD4 1.261 1.180 MD5 1.190 1.060 MD6 1.210 1.064 平均值 1.204 1.081 标准差 0.072 0.076 变异系数 5.95% 7.03% 表1. 重组竹气干密度、全干密度 3.2. 重组竹含水率测定 重组竹试件气干状态下的含水率，按式(1)进行计算，精确至0.1%： w = m w − m 0 m 0 (1) 式中，w—试件的含水率，%； m w —试件含水率为w%时的质量，单位g； m 0 —试件全干时的质量，单位g。 表2列出了重组竹的含水率。由表2可知，重组竹材的平均含水率为6.6%。 Table 2 Moisture content of Bamboo Scrimbe 试件编号 气干质量/g 全干质量/g 含水率/% HSL1 215.652 201.356 7.1 HSL2 191.705 179.500 6.8 HSL3 224.568 211.458 6.2 HSL4 217.784 204.877 6.3 HSL5 208.417 195.513 6.6 HSL6 210.126 196.932 6.7 平均值 — — 6.6 标准差 — — 0.3 变异系数 — — 4.5% 表2. 重组竹含水率 3.3. 重组竹吸水性、湿胀性测定 重组竹试件的吸水率，按式(2)进行计算，精确至0.1%： A = m max − m 0 m 0 × 100 (2) 式中，A—试件的吸水率，%； m max —试件吸水后的质量，单位g； m 0 —试件全干时的质量，单位g。 重组竹试件的吸水率如表3所示。由表3可知，重组竹吸水率为12.8%， Table 3 Water absorption rate of Bamboo Scrimbe 试样编号 试件全干后质量/g 浸水饱和后质量/g 吸水率/% XS1 201.356 228.323 13.4 XS2 208.044 234.466 12.7 XS3 211.458 236.842 12.0 XS4 204.877 229.828 12.2 XS5 195.513 222.093 13.6 XS6 196.932 222.189 12.9 平均值 — — 12.8 标准差 — — 0.6 变异系数 — — 4.5% 表3. 重组竹吸水率 湿胀率可以分为线湿胀率a和体积湿胀率a V ，也可以分为从全干到气干湿胀率a w 、 a V w 和从全干到吸水至尺寸稳定的湿胀率a max 、 a V max 。受地理位置、季节、时间每天的影响，气干湿胀率会产生波动，本文仅计算了从全干到吸水至尺寸稳定的顺纹方向的线湿胀率a max 和体积湿胀率 a V max 。重组竹试件的湿胀性测试记录表如表4所示。 Table 4 Recombination bamboo swelling measurement recor 试样 编号 试样尺寸/mm 全干时 气干时 吸水后 b 0 h 0 l 0 V 0 b w h w l w b max h max l max V max SZ1 4.230 2.938 14.852 184.577 4.070 2.950 14.860 4.342 2.960 14.890 191.370 SZ2 4.212 2.940 14.844 183.817 4.068 2.966 14.858 4.320 2.988 14.862 191.841 SZ3 4.156 2.958 14.778 181.673 4.018 2.962 14.766 4.258 2.966 14.788 187.696 SZ4 4.080 2.930 14.558 174.032 3.988 2.984 14.550 4.196 2.968 14.569 181.426 SZ5 4.214 2.918 14.668 180.364 4.070 2.960 14.688 4.328 2.952 14.720 188.066 SZ6 4.264 2.970 14.438 182.844 4.062 2.936 14.458 4.374 2.982 14.466 188.684 表4. 重组竹湿胀性测定记录表 重组竹试件的线湿胀率，按式(3)进行计算，精确至0.1%： a max = l max − l 0 l 0 × 100 (3) 式中： a max —试件吸水至尺寸稳定时顺纹方向的线膨胀率，%； l max —试件吸水至尺寸稳定时顺纹方向的长度，单位mm； l 0 —试件足干时顺纹方向的长度，单位mm。 重组竹试件的体积湿胀率，按式(4)进行计算，精确至1%： a V max = V max − V 0 V 0 × 100 (4) 式中： a V max —试件从全干到吸水至尺寸稳定时的体积膨胀率，%； V max —试件吸水至尺寸稳定时的体积，单位mm 3 ； V 0 —试件足干时的体积，单位mm 3 。 重组竹试件的湿胀率如表5所示。 Table 5 Linear expansion rate and volume expansion rate of Bamboo Scrimbe 试件 编号 线湿胀率a max /% 体积湿胀率 a V max /% b方向 h方向 l方向 SZ1 2.6 0.7 0.3 3.7 SZ2 2.6 1.6 0.1 4.4 SZ3 2.5 0.3 0.1 3.3 SZ4 2.8 1.3 0.1 4.2 SZ5 2.7 1.2 0.4 4.3 SZ6 2.6 0.4 0.2 3.2 平均值 2.6 0.9 0.2 3.9 标准差 0.2 0.5 0.1 0.5 变异系数 — — — 12.8% 表5. 重组竹线膨胀率、体积膨胀率 注：h方向为顺纹方向、b方向为竹篾压合方向、l方向为垂直于竹篾压合方向，V为试件体积。 由表5可知，重组竹体积湿胀率为3.9%，沿竹丝篾合方向的线湿胀率最大，为2.6%。重组竹遇水易变形，应在重组竹产品表面做好防水措施。 3.4. 重组竹垂直剪切试验 在加载的初期，随着载荷的增减，在试件的中部出现微小的变形；在加载中期，试件的变形随着载荷的增大而增加，并伴随有轻微的响声；在加载的后期，试件发出连续轻响，并在试件下端中部产生裂缝，并不断扩散，达到极限状态之后，突然发生破坏并伴随有很大的响声，破坏后的试件见图4。 图4. 剪切破坏后的试件 重组竹试件顺纹抗剪强度按式(5)确定： τ = 3 F 4 b h (5) 式中：τ─抗剪强度(MPa)； F─试件最终破坏时的荷载(N)； b─垂直加载时的试件宽度(mm)； h─垂直加载时的试件厚度(mm)。 将重组竹垂直加载剪切强度试验的数据进行整理分析，如表6所示。由表6可知，重组竹抗剪强度为14.8 MPa。 3.5. 重组竹顺纹抗压试验 在加载初期，试件为弹性阶段，变形随着载荷的增加而线性增大；随着荷载的增加，试件进入弹塑性阶段，试件变形值增幅明显快于荷载增量，试件开始出现轻微的响声，并且在试件的表面出现凸起和褶皱现象；进入塑性阶段后，试件纤维缓慢撕裂，发出连续、清脆的响声；随着荷载的进一步增加，试件表面的应变片逐渐出现损坏，皱褶越发明显，直至破坏。试件的最终破坏形态可分压屈破坏和压剪破坏(图5)。 Table 6 Vertical shear failure load and shear strength of Bamboo Scrimbe 试件编号 试件尺寸b × h (mm × mm) 破坏荷载(kN) 抗剪强度f τ (MPa) KJ1 40.40 × 29.40 22.893 14.46 KJ2 40.54 × 29.26 22.454 14.20 KJ3 40.10 × 28.98 24.730 15.96 KJ4 40.82 × 29.08 22.308 14.09 KJ5 40.44 × 29.38 23.129 14.60 KJ6 41.24 × 29.18 24.847 15.49 平均值 — — 14.80 标准差 — — 0.69 变异系数 — — 4.65% 表6. 重组竹垂直剪切破坏荷载和抗剪强度 图5. 重组竹顺纹受压试件破坏形态。(a) 压屈破坏；(b) 压剪破坏 试件产生不同破坏形态的可能原因是，重组竹是一种人工合成材料，不同试件重组存在一定差异，导致材料内部的受力机理也会有所不同，最终材料破坏形态与破坏机理也不尽相同。二种破坏形态，裂纹附近的纵向纤维都会发生局部屈曲。 重组竹试件的荷载–位移曲线见图6，由图6可知重组竹试件沿顺纹方向受压的变化趋势基本相同，经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和开裂破坏阶段；重组竹荷载–位移曲线经历了上升段、稳定阶段和下降段，其中上升段又分为弹性阶段和弹塑性阶段。 对于本文所研究的重组竹构件而言，由于国内外关于竹木构件规范或规程尚未进行竹构件延性方面的研究，未给出竹构件位移延性系数的计算公式，因此本文借鉴混凝土延性系数的特性，将其推广到结构用重组竹构件中，即选用构件位移延性系数来评价结构用重组竹柱的抗震性能。通过文献 [ 6 ] 中几何作图法(图7)获得试件的屈服位移。位移延性系数求解公式如下： D I = Δ μ / Δ y (6) 式中： D I —重组竹位移延性系数； Δ μ —重组竹极限位移(mm)； Δ y —重组竹屈服位移(mm)。 图6. 重组竹顺纹受压荷载–位移曲线 图7. 几何作图法 从表7可知重组竹构件的延性系数均值为3.99，标准差为0.21，变异系数为5.16%，表现出良好的延性性能，这对于将结构用重组竹推广到抗震设防区和灾区重建项目中具有重要的意义。 Table 7 Displacement ductility coefficient of bamboo scrimbe 试件编号 屈服位移△y/mm 极限位移△μ/mm 位移延性系数(DI) KY1 2.06 8.76 4.25 KY2 2.24 9.35 4.17 KY3 2.33 9.61 4.12 KY4 1.97 7.48 3.80 KY5 1.88 7.12 3.78 KY6 2.12 8.37 3.95 KY7 2.76 11.31 4.10 KY8 1.73 6.42 3.71 KY9 1.89 9.12 3.81 KY10 1.78 8.89 4.17 平均值 — — 3.99 标准差 — — 0.21 变异系数 — — 5.16% 表7. 重组竹位移延性系数 试验结束之后，木材的抗压强度f c ，通过最终破坏载荷除以试件的实际面积得到，计算方法如下： f c = P u A (7) 式中，f c —为试样含水率为w%时的抗压强度，单位MPa； P u —为极限载荷，单位N； A —为试件的横截面积，根据 A = b × h 得到，单位mm 2 ； b—为试件截面的宽度，单位mm； h—为试件截面的厚度，单位mm。 试件的受压弹性模量E c ，根据循环加载的试验测得的变形值增量的平均值，再用载荷值之差与其的比值，即可得到，计算方法如下： E c = Δ F Δ ε A (8) 式中，E c —木材顺纹抗压弹性模量，单位N/mm 2 ； A—试件截面的实际面积，根据 A = b × h 得到，单位mm 2 ； ΔF—荷载增量，在比例极限以下，其值为 Δ F = F 1 − F 2 ，单位N； Δε—在荷载增量ΔF作用下的压缩应变增量，取四个面的平均值。 按照公式(9)计算试件在弹性阶段的泊松比： μ = | ε ′ ε | (9) 式中， μ —试件的泊松比； ε ′ —试件弹性阶段的横向应变； ε —试件弹性阶段的纵向应变。 表8列出了重组竹顺纹抗压试验的极限荷载、抗压强度、弹性模量和泊松比。由表8可知，重组竹顺纹抗压试验的抗压强度平均值为57.35 MPa，弹性模量平均值为11，809.32 MPa，泊松比为0.384。 我国暂时还没有关于重组竹材料强度标准值的计算公式，故参考《木结构设计手册》 [ 16 ] 进行重组竹强度标准值计算。 f ck = m − 2.104 S (10) 式中：f ck —重组竹顺纹抗压强度标准值(MPa)； m—重组竹顺纹抗压强度平均值(MPa)； S—重组竹顺纹抗压强度标准差。 由式(10)和表8，得到f ck 为54.95 MPa。 Table 8 Parameters related to compressive resistance test of Bamboo Scrimbe 试件 编号 极限荷载 P (KN) 抗压强度 f c (MPa) 弹性模量 E (MPa) 泊松比 μ KY1 96.51 56.69 10，577.00 0.338 KY2 102.96 56.16 11，467.25 0.360 KY3 106.99 59.32 10，570.50 0.393 KY4 100.53 58.44 10，903.25 0.435 KY5 94.05 55.87 13，291.82 0.358 KY6 92.36 57.05 11，398.20 0.408 KY7 99.77 58.36 12，411.50 0.425 KY8 94.23 56.92 13，828.55 0.353 KY9 95.56 58.34 11，479.67 0.346 KY10 93.49 56.36 10，683.89 0.367 平均值 — 57.35 11，809.82 0.384 标准差 — 1.14 1161.80 0.034 变异系数 — 1.99% 9.84% 8.91% 表8. 重组竹顺纹抗压试验相关参数 通过公式(11)计算得出重组竹顺纹抗压强度设计值f c 。 f c = K f ck (11) 式中： K = K P K A K Q / γ R (12) K Q = K Q 1 K Q 2 K Q 3 K Q 4 (13) 式中：K—修正系数；f c —重组竹顺纹抗压强度设计值； γ R —抗力分项系数，取1.45；K P —方程精确性影响系数；K A —尺寸影响系数；K Q —材料强度折减系数；K Q 1 —天然缺陷影响系数；K Q 2 —干燥缺陷影响系数；K Q 3 —长期荷载对强度影响系数；K Q 4 —尺寸影响系数。各影响系数取值参考了张秀华 [ 17 ] 的理论计算，见表9。 Table 9 Scrimber Reduction factor of compressive strength of Bamboo Scrimber under compressio 材料 K P K A K Q 1 K Q 2 K Q 3 K Q 4 γ R 重组竹 1.00 0.96 0.80 1.00 0.67 1.00 1.45 表9. 重组竹顺纹受压强度折减系数 由式(11)和表9，计算得到顺纹抗压强度设计值f c 为19.68 MPa。