重组竹材料强度参数试验方案

1. 试验目的

对重组竹进行纵向抗拉试验，在比例极限内按应力与应变关系，确定重组竹纵向抗拉弹性模量；按最大加载力与面积的关系，确定重组竹纵向抗拉极限强度。 2. 试验设备

本次试验所用设备有：SANS万能力学试验机、TDS-530静态数据采集系统。 3. 试验概述 3.1 试件制作

参考《建筑用竹材物理试验方法》JG/T 199-2007 关于竹材抗拉试件的相关要求，本次试验采用的竹材抗拉试件尺寸如图3.1 所示，夹头末端到有效区间始端弧度按照标准半径R=280mm，有效区域长度L0=70 mm，宽度W0=8 mm，厚度T0=8 mm；试件总长度L=250 mm。试件编号依次为：1-1,1-2……1-30。试样长度、宽度和厚度的允许误差为0.5mm，整个试样上各尺寸的相对偏差，不应大于0.1mm。

图3.1 纵向抗拉试件尺寸

3.2 试验步骤

（1）测量三次抗拉试件有效区域（中间段长度70 mm）宽度和厚度，取平均值并记录；标记抗拉试件有效区间中线，用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。 （2）在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。试验采用的应变片栅格大小为20 mm×3 mm，灵敏系数为2.06。

（3）将抗拉试件安装到试验机上，并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据采集系统连接，测定采集仪电压与荷载转换系数K为6.6281。

（4）随机选取6个试件测定材料的弹性区间，最终确定的弹性循环区间为1000~2000N；加载速度为50 N/s。由程序控制的加载制度如下：

1.力控制50 N/s，目标力控制1000 N（下限荷载值）； 2.力控制50 N/s，目标力控制2000 N（上限荷载值）；

3.力控制50 N/s，目标力控制800 N（0.8 倍下限荷载值）； 4.力控制50 N/s，目标位移控制100 mm。 其中，步骤1~3循环6次。

（5）计算。计算弹性模量和极限拉应力。在六次循环加载中，取后四次平均值分别按式3-1计算弹性模量。按式3-2计算抗拉强度。

Et式中：Et——抗拉弹性模量，MPa；

ΔF——受拉荷载增量，N；

Δε——受拉纵向应变增量； A——试件有效截面面积，mm2。

ΔF (3-1) AΔσt式中：σt——抗拉强度，MPa；

Fu——极限拉力，N；

Fu (3-2) AA——试件抗拉截面积，mm2。

参考GB1938-91《木材顺纹抗拉强度实验方法》，试样含水率为9%～15%时，顺纹抗拉强度按3-3式计算，准确至0.1MPa。

w=12[1+0.015（W-12）] （3-3）

式中：12——试样含水率为12%时的抗拉强度，可取12=t；

W ——试样含水率，%。 3.3 试验结果

表3.1重组竹纵向抗拉强度、弹性模量

试件 编号 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10

截面长

截面宽

截面积

最大力

抗拉强度

弹性模量（MPa）

（mm） （mm） （mm2）

（kN） （MPa）

1-11 1-12 1-13 1-14 1-15 1-16 1-17 1-18 1-19 1-20 1-21 1-22 1-23 1-24 1-25 1-26 1-27 1-28 1-29 1-30 平均值 标准差

重组竹纵向压缩试验方案

1. 试验目的

重组竹纵向压缩试验时，在比例极限阶段内以应力、应变的关系，确定重组竹纵向抗压弹性模量；按最大加载力与面积的关系，确定重组竹纵向抗压强度。 2. 试验设备

微机控制电液伺服压力试验机（最大负荷1000 kN）及TDS-530静态数据采集系统。 3. 试验概述 3.1 试件制作

参考ASTM D143-09 关于竹材抗压试件的相关要求，本次试验采用的竹材纵向抗压试件尺寸如图3.1 所示。试件编号依次2-1,2-2……2-15。试样长度、宽度和厚度的允许误差为0.5mm，整个试样上各尺寸的相对偏差，不应大于0.1mm。 本试验设计尺寸为50 mm×50 mm×200mm。

50200图3.1 纵向抗压试件尺寸

50

3.2 试验步骤

（1）测量三次抗压试件截面长度、宽度和试件高度，精确至0.1 mm，取平均值并记录；称量每个抗压试件质量，并记录。

（2）选取竹丝纹理清晰、基本无缺陷的两对面，标记侧面中心线并粘贴应变片。试验采用应变片栅格大小为20 mm×3 mm，灵敏系数为2.06。

（3）将抗压试件安装到试验机，并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据采集系统连接。 （4）随机选取6 个试件测定重组竹纵向抗压的弹性区间，最终确定的弹性循环区间为30~150 kN；加载速度为700 N/s。由程序控制的加载制度如下：

1.力控制700 N/s，目标力控制30 kN（下限荷载值）； 2.力控制700 N/s，目标力控制150 kN（上限荷载值）；

3.力控制700 N/s，目标力控制24 kN（0.8 倍下限荷载值）； 4.力控制700 N/s，目标力控制1000 kN。

其中，步骤1~3循环6 次；全程加载时间约50分钟。

（5）计算。计算弹性模量、泊松比和极限压应力。在六次循环加载中，取后四次平均值分别按式3-1和3-2计算弹性模量和泊松比。6次加载循环完后继续加载，加载制度700N/S，试件进入非线性变形后，改用位移控制单调加载，加载速率为1mm/min,直至试件破坏。按式3-3计算抗压强度。

ECΔF （3-1） AΔ式中：EC——弹性模量，MPa； ΔF——荷载增量，N； Δε——纵向应变增量；

A——试件抗压截面积，mm2。

υ式中：υ——泊松比； ε2——横向应变；

ε1——纵向应变。

ε2 （3-2) ε1σc式中：c——抗压强度，MPa；

Fu——极限压力，N； A——试件抗压截面积，mm2。 3.2.3试验结果

Fu (3-3) A表3. 1重组竹纵向抗压强度、弹性模量和泊松比表

试件 编号 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 2-10

边长a 边长b 抗压截面积（mm）

2

极限压力(kN)

极限压应 力（MPa）

弹 性 模 量(MPa)

泊松比

（mm） （mm）

2-12 2-13 2-14 2-15 平均值 标准差 变异 系数

重组竹横向压缩试验方案

1.试验目的

重组竹横向压缩试验时，在比例极限阶段内以应力、应变的关系，确定重组竹横向抗压弹性模量；按最大加载力与面积的关系，确定重组竹横向抗压强度。 2.试验设备

微机控制电液伺服压力试验机（最大负荷1000 kN）及TDS-530静态数据采集系统。 3.试验概述 3.1试件制作

参考ASTM D143-09 关于竹材抗压试件的相关要求，本次试验采用的竹材横向抗压试件尺寸如图3.1 所示。试件编号依次3-1,3-2……3-15。试样长度、宽度和厚度的允许误差为0.5mm，整个试样上各尺寸的相对偏差，不应大于0.1mm。 本试验设计尺寸为50 mm×50 mm×150mm。

5050150

图3.1 横向抗压试件尺寸

3.2 试验步骤

（1）测量三次抗压试件截面长度、宽度和试件高度，精确至0.1 mm，取平均值并记录；称量每个抗压试件质量，并记录。

（2）选取竹丝纹理清晰、基本无缺陷的两对面，标记侧面中心线并粘贴应变片。试验采用应变片栅格大小为20 mm×3 mm，灵敏系数为2.06。

（3）将抗压试件安装到试验机，并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据采集系统连接。 （4）随机选取6 个试件测定重组竹纵向抗压的弹性区间，最终确定的弹性循环区间为30~150 kN；加载速度为700 N/s。由程序控制的加载制度如下：

1.力控制700 N/s，目标力控制30 kN（下限荷载值）； 2.力控制700 N/s，目标力控制150 kN（上限荷载值）；

3.力控制700 N/s，目标力控制24 kN（0.8 倍下限荷载值）； 4.力控制700 N/s，目标力控制1000 kN。

其中，步骤1~3循环6次；全程加载时间约50分钟。

（5）计算。计算弹性模量、泊松比和极限压应力。在六次循环加载中，取后四次平均值分别按式3-1和3-2计算弹性模量和泊松比。6次加载循环完后继续加载，加载制度700N/S，试件进入非线性变形后，改用位移控制单调加载，加载速率为1mm/min,直至试件破坏。按式3-3计算抗压强度。

EC式中：EC——弹性模量，MPa； ΔF——荷载增量，N； Δε——纵向应变增量； A——试件抗压截面积，mm2。

υ式中：υ——泊松比； ε2——横向应变；

ε1——纵向应变。

ε2 （3-2) ε1ΔF （3-1） AΔσc式中：c——抗压强度，MPa；

Fu——极限压力，N； A——试件抗压截面积，mm2。 3.2.3试验结果

Fu (3-3) A表3. 1重组竹横向抗压强度、弹性模量和泊松比表

试件 编号 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 3-9 3-10

边长a 边长b 抗压截面积（mm）

2

极限压力(kN)

极限压应 力（MPa）

弹 性 模 量(MPa)

泊松比

（mm） （mm）

3-10 3-12 3-13 3-14 3-15 平均值 标准差 变异 系数

重组竹横向拉伸试验方案1

1. 试验目的

对重组竹进行横向抗拉试验，测得相应横向抗拉强度、弹性模量及拉伸应力应变曲线。 2. 试验设备

SANS万能力学试验机、TDS-530静态数据采集系统。 3. 试样概述

3.1 形状及尺寸

参考ASTM D143-09 关于竹材抗拉试件的相关要求，本次试验采用的竹材横向抗拉试件尺寸如图3.1 所示。试件编号依次4-1,4-2……4-35。试样长度、宽度和厚度的允许误差为0.5mm，整个试样上各尺寸的相对偏差，不应大于0.1mm。

试样平面具体尺寸见图3，厚度为50mm。

6312R26136625 3.2 试验步骤

（1）测量三次抗拉试件有效区域（中间段长度25 mm）宽度和厚度，取平均值并记录；标记抗拉试件有效区间中线，用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。 （2）在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。试验采用的应变片栅格大小为20 mm×3 mm，灵敏系数为2.06。

（3）将抗拉试件安装到试验机上，并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据采集系统连接，测定采集仪电压与荷载转换系数K为6.6281。

（4）随机选取6个试件测定材料的弹性区间，最终确定的弹性循环区间为1000~2000N；加载速度为50 N/s。由程序控制的加载制度如下：

1.力控制50 N/s，目标力控制1000 N（下限荷载值）； 2.力控制50 N/s，目标力控制2000 N（上限荷载值）；

3.力控制50 N/s，目标力控制800 N（0.8 倍下限荷载值）； 4.力控制50 N/s，目标位移控制100 mm。 其中，步骤1~3循环6次。

12图3.1 横向压缩构件尺寸图

（5）计算。计算弹性模量和极限拉应力。在六次循环加载中，取后四次平均值分别按式3-1计算弹性模量。按式3-2计算抗拉强度。

EtΔF (3-1) AΔ式中：Et——抗拉弹性模量，MPa；

ΔF——受拉荷载增量，N；

Δε——受拉纵向应变增量；

A——试件有效截面面积，mm2。

σt式中：σt——抗拉强度，MPa；

Fu——极限拉力，N；

Fu (3-2) AA——试件抗拉截面积，mm2。

参考GB1938-91《木材顺文抗拉强度实验方法》，试样含水率为9%～15%时，顺纹抗拉强度按3-3式计算，准确至0.1MPa。

w=12[1+0.015（W-12）] （3-3）

式中：12——试样含水率为12%时的抗拉强度，可取12=t； W ——试样含水率，%。

3.3试验结果

表3.1重组竹横向抗拉强度、弹性模量

试件 编号 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 4-11 4-12 4-13

截面长

截面宽

截面积

最大力

抗拉强度

弹性模量（MPa）

（mm） （mm） （mm2）

（kN） （MPa）

4-14 4-15 4-16 4-17 4-18 4-19 4-20 4-21 4-22 4-23 4-24 4-25 4-26 4-27 4-28 4-29 4-30 4-31 4-32 4-32 4-33 4-34 4-35 平均值 标准差

重组竹横向拉伸试验方案2

1. 试验目的

对重组竹进行横向抗拉试验，在比例极限内按应力与应变关系，确定重组竹横向抗拉弹性模量；按最大加载力与面积的关系，确定重组竹横向抗拉极限强度。 2. 试验设备

本次试验所用设备有：SANS万能力学试验机、TDS-530静态数据采集系统。 3. 试验概述 3.1 试件制作

参考《木材横纹抗拉强度试验方法》GB/T 14017-2009 关于木材抗拉试件的相关要求，本次试验采用的竹材抗拉试件尺寸如图3.1 所示，夹头末端到有效区间始端弧度按照标准半径R=48mm，有效区域长度L0=30 mm，宽度W0=6 mm，厚度T0=30 mm；试件总长度L=150 mm。试件编号依次为：4-1,4-2……4-35。试样长度、宽度和厚度的允许误差为0.5mm，整个试样上各尺寸的相对偏差，不应大于0.1mm。

R482035256302535 图3.1 纵向抗拉试件尺寸

3.2 试验步骤

（1）测量三次抗拉试件有效区域（中间段长度30 mm）宽度和厚度，取平均值并记录；标记抗拉试件有效区间中线，用于粘贴应变片及加载时调整试件的垂直度。 （2）在抗拉试件有效区间的中部一侧粘贴应变片。试验采用的应变片栅格大小为20 mm×3 mm，灵敏系数为2.06。

（3）将抗拉试件安装到试验机上，并将力传感器、应变片与TDS-530静态数据采集系统连接，测定采集仪电压与荷载转换系数K为6.6281。

（4）随机选取6个试件测定材料的弹性区间，最终确定的弹性循环区间为1000~2000N；加载速度为50 N/s。由程序控制的加载制度如下：

1.力控制50 N/s，目标力控制1000 N（下限荷载值）； 2.力控制50 N/s，目标力控制2000 N（上限荷载值）；

3.力控制50 N/s，目标力控制800 N（0.8 倍下限荷载值）； 4.力控制50 N/s，目标位移控制100 mm。 其中，步骤1~3循环6次。

（5）计算。计算弹性模量和极限拉应力。在六次循环加载中，取后四次平均值分别按式3-1计算弹性模量。按式3-2计算抗拉强度。

Et式中：Et——抗拉弹性模量，MPa；

ΔF——受拉荷载增量，N；

ΔF (3-1) AΔ Δε——受拉纵向应变增量；

A——试件有效截面面积，mm2。

σt式中：σt——抗拉强度，MPa；

Fu——极限拉力，N；

Fu (3-2) AA——试件抗拉截面积，mm2。 参考GB1938-91《木材顺纹抗拉强度实验方法》，试样含水率为9%～15%时，顺纹抗拉强度按3-3式计算，准确至0.1MPa。

w=12[1+0.015（W-12）] （3-3）

式中：12——试样含水率为12%时的抗拉强度，可取12=t；

W ——试样含水率，%。 3.3 试验结果

表3.1重组竹横向抗拉强度、弹性模量

试件 编号 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 4-11 4-12 4-13 4-14

截面长

截面宽

截面积

最大力

抗拉强度

弹性模量（MPa）

（mm） （mm） （mm2）

（kN） （MPa）

4-15 4-16 4-17 4-18 4-19 4-20 4-21 4-22 4-23 4-24 4-25 4-26 4-27 4-28 4-29 4-30 4-31 4-32 4-33 4-34 4-35 平均值 标准差

重组竹面内剪切试验方案

1. 试验目的

对重组竹进行面内剪切试验，测得相应面内剪切强度、剪切模量及剪切应力应变曲线。 2. 原理

将开有对称V型槽口的试样夹持在一对专用夹具上，通过试验机的拉伸在试样工作区内产生剪应力，最终使试样因剪切而破坏。 3. 试验设备

本次试验所用设备有：SANS万能力学试验机、游标卡尺、量角器、TDS-530静态数据采集系统、夹具。 4. 试验概述 4.1 试件制作

参考ASTM D7078/D7078M-12关于复合材料面内剪切性能试验方法的相关要求，本次试验采用V型槽口试样，具体尺寸见图1。

试件编号依次为： 5-1,5-2……5-35。试样长度、宽度和厚度的允许误差为

。 0.5mm，整个试样上各尺寸的相对偏差，不应大于0.1mm。

251313132545°131330590°1330

图1面内剪切正视图试样

4.2 试验步骤

（1）检查试样外观，若试验有缺陷、尺寸或槽口方向不符合要求，应予以作废。

（2）对试样编号，在槽口处测量3次宽度和厚度后取平均值，精确至0.01mm。 （3） 在试样中心贴应变片，应变片位于试样凹槽中心两端加载轴的±45°方向。

（4）先在一边的夹具上插入试样并在空隙处放上垫块，将试样移动至夹具中间位置，稍加拧紧夹具螺钉和垫块螺钉以固定试样然后对载荷清零。 （5） 连接应变仪，对应变清零。

（6） 将试样插入另一边的夹具并对称上紧所有夹具螺钉，然后稍加拧松垫块螺钉使其能上下滑动。

（7）以2mm/min速度进行试验。

（8）试验过程中，同步记录载荷和应变值，直至试样破坏；若设备无法自动记录，可分级加载，级差为破坏载荷的5%~10%。

（9）试验过程中发生载荷忽然下降或试样发生破坏时，记录其载荷、应变和试样状况。

（10）在非工作区发生破坏或非剪应力造成破坏时，应予作废。

（11）计算。绘制剪切应力应变曲线，剪切应力按式（1）计算，剪切应变

按式（2）计算，剪切模量G按式（3）计算：

=F

/(hb) （1）

（2）

12G/ （3）

式中：为剪切应力，单位为兆帕（MPa）；

； F为载荷，单位为牛顿（N）； h为试样厚度，单位为毫米（mm）； b为试样槽口处宽度，单位为毫米（mm）

为剪切应变；

和45方向应变值；

1,2为45G为剪切模量，单位为兆帕（MPa）； 为剪切应力增量，单位为兆帕（MPa）；

为与剪切应力增量对应的剪切应变增量。

4.3 试验结果

计算结果按ASTM D7078/D7078M-12，给出： a) 剪切应力-应变曲线；

b) 若出现载荷下降状况，给出该点的剪切应力和剪切应变； c) 割线弹性模量；

d) 残余应变剪切强度及其残余应变容限取值；

e）极限剪切强度，需要时给出相应试样状况(如破坏或未破坏)。