原竹骨架喷涂复合材料多功能组合构件力学性能试验研究

田黎敏，靳贝贝，郝际平，寇跃峰，孙桂桂



原竹骨架喷涂复合材料多功能组合构件力学性能试验研究

田黎敏，靳贝贝，郝际平※，寇跃峰，孙桂桂

（西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055）

为研究原竹骨架喷涂复合材料组合构件的力学性能，该文通过立柱轴压性能和抗弯性能足尺试验，研究其传力过程、承载能力、破坏模式及复合材料对原竹骨架的增强作用。结果表明：组合构件立柱轴压试验的破坏模式为整体失稳破坏；在有限元参数分析中，立柱数目少于6根时，立柱数目越多，平均每根立柱的轴压承载力越大，但立柱数目超过6根时，平均每根立柱的极限承载力随立柱数目的增多反而有降低的风险；立柱间距在200～500 mm范围内，间距越大，其立柱平均承载力越高；对多根立柱统一均匀加载时，构件会发生整体失稳破坏，而对中间立柱单根加载时，其顶部出现局部压溃现象。抗弯性能试验的破坏模式为纵向原竹与复合材料产生滑移，构件在集中荷载处发生弯折破坏。复合材料对构件立柱提供了较好的约束作用，使其轴压承载力提高3.7倍，但与立柱达到抗压强度破坏时的极限承载能力相比低16.7%；当达到组合构件的弯曲容许挠度和峰值挠度时，构件所承担荷载分别约为原竹骨架构件的7倍与4倍，说明复合材料对原竹骨架的增强作用显著。研究成果可为喷涂复合材料-原竹骨架组合结构体系的工程应用提供参考。

构件；试验；有限元方法；原竹骨架；复合材料；轴压性能；抗弯性能

0 引 言

目前，中国建筑材料仍然以砌块、混凝土和钢材等不可再生材料为主。近年来，以木、竹为代表的绿色建筑材料越来越受到人们的重视[1-5]。中国木材资源相对比较匮乏，而竹类资源丰富，且竹材有生长周期短、韧性好、硬度大、强重比高等优点，是一种理想的绿色建筑材料[6-11]。部分学者在该领域开展了相关研究工作，取得了不少有价值的研究成果。比较典型的是文献[5,12]对胶合竹I形搁栅梁的破坏形态、破坏机理、截面刚度和承载力等的研究，表明该梁具有较好的整体工作性能。李玉顺等[13]提出一种新型的压型钢板-竹胶板组合构件，并对其进行了力学性能的试验研究。李海涛等[14]考虑剪跨比、截面高宽比等因素，对侧压竹材集成材简支梁的力学性能进行了试验研究，给出该梁的承载力及破坏过程。但是迄今为止，上述研究成果主要集中在改性竹材方面[15-17]，改性竹材在制作或与钢材、木材等进行粘接时，胶黏剂会对环境造成一定的负面影响[18-19]。另一方面，原竹材料自身存在诸多限制（如力学性能复杂，防火、防腐问题突出等），限制了其工程应用[20]。为解决上述问题，文献[21-22]提出一种原竹骨架喷涂复合材料的组合结构体系，即将具有良好保温、隔声、耐火以及环境友好等优点的复合材料喷涂于原竹骨架上，形成有效受力的共同整体。

在明晰复合材料与原竹粘接性能[21-22]的基础上，本文通过对原竹骨架喷涂复合材料组合构件立柱的轴压试验及抗弯试验，研究其传力过程、承载能力、破坏模式及复合材料对原竹骨架力学性能的增强作用，为该组合结构的工程应用提供依据。

1 组合构件立柱轴压性能试验与分析

1.1 试件制备

试验所用竹材为浙江地区毛竹，所取竹材立地条件一致。为消除竹龄因素的影响，本次试验所用毛竹竹龄均为4 a。根据JG/T199-2007《建筑用竹材物理力学性能试验方法》[23]相关规定对其进行材性试验，测得其顺纹抗压弹性模量为11.50 GPa，顺纹抗压强度为46.20 MPa，泊松比为0.325。

复合材料主要由灰浆混合料、聚苯乙烯颗粒和矿物黏合剂等组成。依据 JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》[24]的有关规定，对试验所用复合材料、水泥砂浆的抗压强度和弹性模量进行测试，测得复合材料的弹性模量为1.86 GPa，抗压强度为1.35 MPa；水泥砂浆的弹性模量为12.76 GPa，抗压强度为14.85 MPa。

参考传统原竹结构形式[25]，取足尺模型设计试验试件，构件尺寸为2 590 mm×3 000 mm×250 mm（宽×高×厚）。原竹骨架由9根立柱和6根横撑组成，通过直径为10 mm的螺栓连接。采用ST4.8自攻螺钉将水泥纤维板固定在横撑上，随后复合材料完全包裹原竹骨架，试件的几何尺寸及构造如图1所示。原竹立柱及横撑分别采用平均直径约为90 mm（平均壁厚约10 mm）和50 mm（平均壁厚约5 mm）的原竹段，原竹通长为不等截面，近似取跨中截面进行计算分析。一方面，为防止原竹劈裂，在螺栓连接原竹处均设有钢箍。另一方面，由于螺栓规格相对于竹立柱的截面尺寸较小，且对于构件立柱轴压性能试验，螺栓连接处立柱上的应力集中不明显。因此，未考虑螺栓连接处原竹劈裂对立柱抗压性能的影响。

图1 原竹骨架喷涂复合材料组合构件几何尺寸及构造

1.2 试验方法

1.2.1 加载装置

试验在西安建筑科技大学结构与抗震实验室完成，试验装置如图2a所示。本试验通过三分点对称加载，竖向荷载采用100 t液压千斤顶通过分配梁施加，以模拟均布荷载，如图2b所示。由于复合材料抗压强度较低，为防止其提前受压破坏，保证构件前期的整体性，在每根原竹立柱上端增设一块20 mm×120 mm×120 mm的平整钢板，分配梁通过钢板与各立柱连接。在试件顶部两侧架设足够刚度的侧向支撑，限制其侧倾，如图2c所示。

1.2.2 测点布置

试验主要研究组合构件在竖向荷载作用下的工作性能，具体测点布置如图2d～2e所示。

位移计对称布置于一侧墙面，用于检测构件关键部位的变形。共设置10个测点，位移计（采用YHD-100位移传感器,量程为-50～50 mm）D1、D2、D3分别竖向布置在试件顶部分配梁的下翼缘左端、中部和右端，用于测量试件的轴向位移；D6、D7、D8水平布置在构件高度方向的中部并与D1、D2、D3对应，用于测量构件中部的面外位移；D4、D5和D9、D10则分别水平布置在构件上下两端距端面1/4高度处，与D1、D2对应，用于测量构件上下两端1/4处的面外位移。

注：D1～D10为位移计编号。

1.2.3 加载制度及测量

试验采用荷载控制方法，进行单调竖向加载，加载初期每级荷载增量为5.0 kN，并对荷载和位移进行实时采集。每级荷载加载完毕，维持荷载2 min。当某级荷载使立柱的轴向位移变化较大时，应减缓加载速度并对荷载、位移等数据进行连续采集。试验由TDS-602数据采集系统采集数据，位移与荷载指标均用电测传感器。试验测试及观察项目包括：①结构极限承载力及最终破坏模式；②典型位置的位移变化量；③加载过程中结构的破坏情况；④原竹骨架与复合材料共同工作的情况；⑤组合构件裂缝的产生以及开展过程。

1.3 组合构件轴压性能试验结果与分析

1.3.1 破坏模式

在加载初期，试件外观无明显变化。当荷载达到450 kN时，加载端复合材料与水泥纤维板开始脱离，如图3a所示。当荷载达到650.0 kN时，构件侧面开始出现竖向裂缝（图3b）。继续加载，裂缝扩展并增多，当荷载达到750.0 kN时，构件底部两端部分复合材料被压碎（图3c），说明原竹立柱通过二者之间的粘结力将部分轴向荷载传至复合材料。继续加载至870.0 kN时，试件的荷载-轴向位移曲线达到峰值，裂缝扩大，此时荷载开始下降，位移继续增加。当荷载降到700.0 kN时，考虑到安全问题停止加载。卸去加载装置后，可以看到原竹立柱与复合材料之间滑移严重且周围出现多条裂缝，如图3d所示。

图3 组合构件轴压破坏模式

1.3.2 荷载-轴向位移关系

试验构件的荷载-轴向位移曲线如图4所示，其中横坐标为构件顶部竖向变形（取三个竖向位移计D1、D2、D3的平均值），纵坐标为构件平均每根立柱所承受的竖向荷载（总荷载除以立柱根数）。由图4可知，初始阶段构件刚度较大，轴向位移较小，曲线近似呈线性关系，达到极限荷载96.7 kN后，荷载开始缓慢减小，而轴向位移快速增加。试件破坏模式为构件侧立面包裹原竹立柱的复合材料沿墙高方向开裂，复合材料与原竹滑移、脱离，进而复合材料对原竹立柱约束作用减弱，最终导致其受压整体失稳破坏。

图4 荷载-轴向位移曲线

1.4 有限元分析

通过将有限元分析结果与试验数据进行对比，不仅可以检验分析结果的准确性，还可以基于该模型对结构进行参数分析，了解各参数对结构性能的影响。

1.4.1 单元选择及网格划分

图5为原竹骨架喷涂复合材料组合构件的有限元模型，忽略构造及装饰部分（水泥砂浆、水泥纤维板）。为了能更好的模拟试验，有限元模型中的原竹骨架参考试件尺寸1:1建立，构件立柱所用原竹尺寸为90 mm× 70 mm×3 100 mm（外径×内径×长度），横撑所用原竹尺寸为50 mm×40 mm× 2 590 mm，原竹采用SOLID45单元，复合材料采用SOLID65单元建立。由于立柱与横撑连接处建立砂浆会有犄角，对网格划分造成不便，因此在有限元模型中不再建立立柱和横撑相接触一侧的复合材料，如图5b、5c所示。原竹采用双线性等向强化模型（bilinear isotropic strengthening model）进行模拟。对复合材料进行轴心抗压试验时，发现其在加载初期处于线弹性阶段，达到材料极限抗压强度后，荷载并没有迅速下降，而是在0.8倍极限荷载处保持稳定，材料的变形能力较大。由于在加载后期可能会出现材料的开裂与压碎，因此采用多线性等向强化模型（multilinear isotropic strengthening model）进行模拟。

图5 组合构件有限元模型

1.4.2 螺栓连接及粘结效应模拟

数值模拟采用位移加载控制。由于螺栓强度远大于竹材的强度，且剖开加载完成后的组合构件发现螺栓连接处并未发生明显变化，即认为螺栓使立柱和横撑具有相同位移，因此可以用耦合节点的方式模拟螺栓连接。此外，粘结滑移效应是连续均匀分布的，为保证原竹骨架与复合材料间节点对应，在模型中原竹立柱与复合材料间弹簧间距取为100 mm，横撑与复合材料间弹簧间距取为300 mm。有限元中可通过粘结应力与单个弹簧间距粘结面积的乘积作为弹簧荷载，并输入弹簧的荷载-滑移量曲线。复合材料与原竹骨架的粘结作用通过非线性弹簧单元COMBIN39实现。原竹立柱、横撑与复合材料间弹簧单元粘结滑移本构关系如图6所示。

图6 原竹立柱、横撑与复合材料间的弹簧单元本构关系

1.4.3 有限元分析结果与验证

对比组合构件有限元分析与试验结果发现，二者破坏模式一致，构件在到达极限荷载后，构件向无横撑一侧发生面外变形，可达20.63 mm，如图7所示。这是因为立柱在平面内包裹复合材料的厚度远大于其平面外包裹厚度，平面内对立柱的支撑作用较强，且横撑使构件在该面的侧向刚度大，进而向无横撑一侧发生面外变形。

图7 组合构件立柱轴压破坏模式对比 Fig.7 Comparison of axial compression failure mode of composite member studs

图8为单根立柱平均荷载-轴向位移曲线试验与有限元计算结果的对比。由图8可知，在加载初期，组合构件位移增加较快，这是由试件底部与地面接触不紧密造成的。当位移达到2 mm时，曲线趋于正常，二者的变形规律趋于一致。当试验结果达到极限荷载96.7 kN时，轴向位移达到10.41 mm；而有限元结果达到极限荷载108.60 kN时，轴向位移才达到12.03 mm。对比二者峰值点荷载和轴向位移，发现试验结果略小于有限元分析结果，但总体来看，二者荷载-位轴向移曲线吻合较好，本文有限元模拟准确可靠。有限元分析与试验结果产生差异的原因主要有以下2方面：1）原竹具有一定的初始缺陷且为各向异性材料；2）试件的施工（浇筑、养护等）复杂，为非均匀成形过程，但有限元模型为均匀一次成形。通过Origin分析计算可知，试验值与模拟值的决定系数为2=0.901。

图8 立柱平均荷载-轴向位移曲线对比

1.5 有限元参数分析

1.5.1 立柱数目对组合构件平均承载力的影响

构件立柱间距一定的情况下，构件宽度越大，所需立柱数目相应也会越多。考虑到具体施工操作以及构件建筑模数的要求，在构件立柱轴心间距为300 mm的前提下，3、6和9根立柱构件的宽度（最外侧两根立柱轴线间距）分别为600、1 500、2 400 mm，基本满足低层原竹建筑的设计需求。鉴于此，本节在保证其他条件一致的情况下，分别对由3、6和9根立柱组成的组合构件进行统一均匀加载有限元分析，研究立柱数目对组合构件平均承载力的影响。组合构件的立柱数目为3、6和9根时，构件尺寸（高×宽×厚）分别为3 100 mm×790 mm× 230 mm、3 100 mm×1 690 mm×230 mm和3 100 mm× 2 59 0 mm×230 mm，相应的立柱平均承载力为106.6、110.8和108.6 kN，破坏模式均为整体失稳。组合构件立柱平均荷载-轴向位移曲线如图9所示。

注：立柱间距为300 mm，加载方式为统一加载。

由以上分析可以看出，与6根立柱组合构件相比，3根立柱组合构件的平均每根立柱极限承载力降低了4%，9根立柱组合构件则降低2%。因此，组成构件立柱数目少于6根时，组成构件的立柱数目越多，构件平均每根立柱的轴压承载力越大；但组成构件立柱数目超过6根时，构件平均每根立柱的极限承载力随立柱数目的增多反而有降低的风险。因此，在实际工程中，应依据组成构件立柱数目进行不同轴压承载力的设计。

1.5.2 立柱间距对组合构件平均承载力的影响

实际工程中，一定宽度内组成构件的立柱数目，通常由构件所承受的荷载决定。构件承受荷载越大，所需立柱数目越多，立柱间距则越小。本次试验所用的原竹骨架喷涂复合材料组合构件立柱间距为300 mm。为研究立柱间距对平均每根立柱承载力的影响，参考传统原竹结构形式[25]，对立柱间距分别为200、300和500 mm的完整3立柱组合构件进行有限元分析（选用3根立柱即可考虑周边立柱对中间立柱组合效应的影响[26-30]）。组合构件的立柱间距为200、300和500 mm时，相应的立柱平均承载力分别为103.0、106.6和111.4 kN，破坏模式均为整体失稳。组合构件立柱平均荷载-轴向位移曲线如图10所示。

注：立柱数目为3根，加载方式为统一加载。

由以上分析可以看出，与柱距300 mm组合构件立柱相比，柱距200 mm的组合构件立柱平均承载力比其低3%，柱距500 mm的组合构件立柱平均承载力比其高5%。因此，在200～500 mm范围内，构件立柱间距越大，其立柱平均承载力越高。随着构件立柱间距的增大，复合材料对立柱的约束作用越强，破坏形式由失稳破坏向强度破坏过渡，因此立柱承载力有所提高。但考虑到结构的经济性以及喷涂复合材料的方便性，在工程应用中，建议把立柱间距设为300～500 mm。

1.5.3 加载方式对组合构件平均承载力的影响

本文试验研究的构件立柱加载方式为对多根构件立柱统一均匀加载，但实际中构件在某些情况下会承受局部荷载。因此，将组合构件立柱间距设为300 mm，对统一均匀加载和中间立柱单根加载进行有限元对比分析。组合构件的加载方式为统一加载和单根加载，立柱平均承载力分别为106.6和105.3 kN，相应的破坏模式为整体失稳和柱顶局部压坏。组合构件立柱平均荷载-轴向位移曲线如图11所示。

注：立柱间距为300 mm，立柱数目为3根。

由以上分析可以看出，2种加载方式下构件破坏模式有较大差异。统一加载时，构件发生整体失稳破坏；而单根加载时，构件表现为中间立柱柱顶局部压溃。虽然2种加载方式下单根构件立柱极限承载力相差不大，但单根加载时的刚度却大于立柱统一加载。这是因为在单根加载时，两侧立柱只承受由中间立柱通过横撑传递的荷载，受力较小，不会产生和中间立柱相协调的面外变形。因此，在实际工程中，应依据构件加载方式的区别进行不同轴压承载力的设计。

2 组合构件抗弯性能试验与分析

2.1 试件制备

试验所用竹材仍为浙江4 a生毛竹，取足尺模型试件为试验模型，构件尺寸为3 000 mm×1 200 mm×240 mm（长×宽×厚）。原竹骨架由5根纵竹（平均直径约为90 mm，平均壁厚约为8 mm）和6根横撑（平均直径约为50 mm，平均壁厚约为5 mm）组成，纵竹间距为260 mm，横撑间距580 mm，各竹构件间均采用M8的螺栓连接。原竹、复合材料的力学性能同上。组合构件沿厚度方向的构造如图1c所示。

2.2 试验方法

2.2.1 加载装置

本次试验仍在西安建筑科技大学结构与抗震实验室进行，采用等效集中荷载模拟构件面外的均布荷载，如图12a～12b所示。

2.2.2 测点布置

试件的位移计布置如图12c所示，其中D1-D7分别在构件中部沿长度方向布置，分别用来测量支座、加载点及构件中间的竖向挠度。D8、D9分别布置在构件两侧的底部，用来测量构件两侧的竖向挠度。试件的应变片布置如图12d所示，其中在纵竹同一位置的上下两面均布置应变片，主要用于测量纵竹在试验过程中的应变变化情况。

注：D1～D9为位移计编号；1～10为应变片编号。图中尺寸单位为mm。

Note: D1-D9 is No. of displacement meter; 1-10 is No. of strain gauge. Unit of size is mm.

图12 组合构件抗弯性能试验加载装置和测点布置

Fig.12 Bending behavior test setup of composite member and arrangement of test points

2.2.3 加载制度及测量

加载时将布置有横撑和水泥纤维板的一侧朝下，试验采用荷载控制加载：首先进行预加载，荷载为预估极限承载力的10%～20%。预加荷载完成后卸载，随后进行正式加载（以3.0 kN为增量），每一级荷载加载完毕，维持荷载2min左右，然后施加下一级荷载，直至破坏。

2.3 组合构件抗弯性能试验结果与分析

2.3.1 破坏模式

试件在加载初期无明显破坏，组合构件整体工作性能良好。当荷载加载至8.0 kN（2.38 kN/m2）时，跨中附近出现第一条裂缝，随着荷载的增加，组合构件发生较明显的整体弯曲变形。加载至32.0 kN（9.52 kN/m2）时，裂缝明显加宽，并伴随构件宽度两侧新的裂缝产生。加载至36.0 kN（10.71 kN/m2）时，由构件端面可以明显看出纵向原竹与复合材料产生滑移，如图13a所示。当荷载加载至42.0 kN（12.50 kN/m2）时，跨中最大挠度达到37 mm，构件挠曲变形严重（图13b），在集中荷载位置发生弯折破坏，不能继续承载。构件整体裂缝如图13c所示。

图13 组合构件弯曲破坏模式

2.3.2 应变分析

分析应变数据可知，构件相同横截面处原竹应变规律一致，图14给出测点1～10的荷载-应变曲线。其中，原竹上部（远离横撑一侧）测点为偶数测点，原竹下部（靠近横撑一侧）测点为奇数测点。of test point 1-2

由图14可以看出：

1）在荷载达到30.0 kN之前，原竹上部应变为正，说明原竹整体受拉，此时上部复合材料承受了所有压力，构件中和轴在原竹上侧。

2）随着荷载的增加，构件变形加大，原竹和复合材料之间出现脱离，内力重分布，原竹上部开始承受部分压力。

2.3.3 变形分析

表1为计入构件和加载设备重量，且考虑变形修正系数[31]后，各均布荷载对应的变形与破坏现象。此外，本文给出构件跨中的荷载-跨中挠度曲线如图15所示。

表1 挠度及破坏现象分析结果Table 1 Analysis of deflection and failure phenomenon

注：表中容许挠度按照GB 50010-2010《混凝土结构设计规范（2015年版）》[32]中规定的受弯构件挠度限值选取。

Note: Allowable deflection in the table was selected in accordance with the bending member deflection limit specified in GB50010-2010 “Code for design of concrete structures”[32].

图15 荷载-跨中挠度曲线

由图15可知，构件在加载过程中表现出非线性的特性。当荷载达到破坏荷载时，构件在集中荷载位置发生折曲。

3 复合材料对原竹骨架力学性能的增强作用

3.1 轴压性能

3.2 抗弯性能

由文献[34]可知，原竹在破坏前荷载与位移基本呈线性关系，因此可采用该文献提出的原竹骨架构件弹性阶段下的理论计算公式计算承载力。

分别将组合构件的试验结果与采用文献[34]公式所得原竹骨架构件的计算结果进行对比，结果如图16所示。

图16 组合构件与原竹骨架构件抗弯性能对比

由图16可知：组合构件试验曲线明显高于原竹骨架构件。当达到组合构件的容许挠度和峰值挠度时，组合构件所承担荷载分别约为原竹骨架构件的7倍与4倍。说明复合材料可以大大增加原竹骨架的刚度，原竹骨架喷涂复合材料组合构件很好地克服了原竹受弯易变形的缺点，整体工作性能良好。由此可见，复合材料对原竹骨架的增强作用显著。

4 结 论

1）原竹骨架喷涂复合材料组合构件立柱轴压试验的破坏模式为构件侧立面包裹原竹的复合材料开裂，原竹与复合材料之间出现滑移、粘结失效。继而复合材料对立柱的约束作用减弱，最终构件整体失稳破坏。

2）在组合构件立柱轴压试验有限元参数分析中，组成构件立柱数目少于6根时，立柱数目越多，构件平均每根立柱的轴压承载力越大，但立柱数目超过6根时，构件平均每根立柱的极限承载力随立柱数目的增多反而有降低的风险；构件立柱间距在200～500 mm范围内，间距越大，其立柱平均承载力越高；此外，不同的加载方式会引起不同的破坏模式：对多根构件立柱统一均匀加载时，整个构件会发生整体失稳破坏，而对中间立柱单根加载时，其顶部出现局部压溃现象。

3）组合构件在抗弯性能试验加载过程中，表现出非线性的特性。在荷载达到30.0 kN之前，由上部复合材料承受压力，随着荷载的增加，原竹上部开始承受压力。其破坏模式为纵向原竹与复合材料产生滑移，构件在水泥纤维板接缝处发生弯折破坏。

4）复合材料的连续喷涂提高了构件的整体性，并对原竹骨架起到很好的约束作用。在组合构件的轴压试验中，单根立柱的稳定承载力较考虑格构效应的原竹骨架立柱理论值提高了约3.7倍，但相较于原竹抗压强度破坏时的极限承载力仍存在差距。而在构件的弯曲试验中，当达到组合构件的容许挠度和峰值挠度时，其所承担荷载分别约为原竹骨架构件的7倍与4倍，说明复合材料对原竹骨架的增强作用显著。该研究成果可为喷涂复合材料-原竹骨架组合结构体系的工程应用提供参考。

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Experimental study on mechanical properties of multi-function bamboo skeleton composite members sprayed with composite material

Tian Limin, Jin Beibei, Hao Jiping※, Kou Yuefeng, Sun Guigui

(,&,710055,)

Bamboo is a high-quality material that is light, strong, and grows quickly. Bamboo structures have the advantages of environmental protection, ecology, low carbon and so on. It is a renewable and environmentally friendly biomass building material that is easy to obtain. However, full culm bamboo is often used to construct rural low-rise houses and temporary structures such as scaffolding or pavilions. This is because the irregular geometry of bamboo causes problems in building form and component connection, while the traditional bamboo architecture has poor performance in fireproofing, heat insulation, sound insulation and so on. Bamboo is difficult to use in buildings to meet the requirements of comfort. In order to fully exploit the natural advantages of bamboo and overcome its deficiencies, a new type of multifunctional composite members which combines bamboo skeleton and composite material was presented. The composite material was mainly composed of a combination of mortar, polystyrene particles, and mineral adhesives. It is wrapped on the surface of the bamboo skeleton. Through the full-scale tests of multifunctional composite members, the process of force transfer, bearing capacity, failure mode and enhancement function of composite material were observed. The results showed that composite material provided a good binding effect and greatly improved the axial compressive bearing capacity of the composite members. However, there was still a gap between the above-mentioned ultimate bearing capacity and the strength failure result. The failure mode of the composite members was cracking of composite material on the side elevation. Because of slippage between composite material and bamboo studs, the restraint effect of the composite material on the studs was weakened, and the ultimate failure of the composite members was caused by instability. Analysis of finite element parameters showed that when the number of studs is less than 6, the axial bearing capacity of each composite members stud increased with the increase of the number of studs. Conversely, the axial bearing capacity of each composite members stud was reduced. When the spacing of the composite members studs were in the range of 200-500 mm, the average bearing capacity of the stud increased with the increase of spacing. When the composite members was loaded uniformly, the composite members was in a state of global buckling failure, but when the middle single composite members stud was loaded, the top of the stud appeared the phenomenon of local crushing. The failure mode of the bamboo skeleton sprayed with composite material was bending failure at joining of concentrated load, accompanied by slippage between bamboo and composite material, and the pressure was borne by composite material before 30 kN, with the increase of load, the pressure was borne by the top of bamboo. When the allowable deflection and peak deflection of the composite member are achieved, the bearing capacity of the composite member is about 7 and 4 times as much as that of the bamboo skeleton member, the composite material can greatly increase stiffness of the bamboo skeleton member, the proteiform disadvantage of bamboo subjected to bending can be overcome . The multifunctional bamboo skeleton member sprayed composite material has good performance, the results provided a reasonable basis for the theory and engineering application of composite member.

member; experiment; finite element method; bamboo skeleton; composite material; axial compression behavior; bending behavior

田黎敏，靳贝贝，郝际平，寇跃峰，孙桂桂. 原竹骨架喷涂复合材料组合构件力学性能试验研究[J]. 农业工程学报，2018，34(13)：95－104.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.012 http://www.tcsae.org

Tian Limin, Jin Beibei, Hao Jiping, Kou Yuefeng, Sun Guigui. Experimental study on mechanical properties of multi-function bamboo skeleton composite members sprayed with composite material[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 95－104. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.012 http://www.tcsae.org

2018-02-02

2018-05-12

科技部国家重点研发计划课题（2017YFC0703502）；陕西省科技统筹创新工程计划项目（2016KTZDSF04-02-02）；西部绿色建筑国家重点实验室培育基地开放基金（LSKF201801）

田黎敏，男，山西太原人，副教授，博士，主要从事现代竹木结构体系研究。Email：tianlimin701@163.com

郝际平，男，山西襄垣人，教授，博士，博士生导师，主要从事现代竹木结构体系研究。Email：hao-jp168@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.012

TU366.1

A

1002-6819(2018)-13-0095-10