【摘 要】
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随着木材加工技术的发展,现代木结构相比于传统木结构,在构件强度和尺寸上有很大突破。现代木结构在西方发达国家应用广泛,近些年在我国也发展迅速,然而目前我国的结构用工程木材较为短缺,因此,现阶段在我国建造纯木结构建筑,其造价相对较高。将木材与传统建筑材料组合使用,既能充分发挥各部件的性能,又能一定程度上节约木材资源,降低成本,木-混凝土组合梁就是代表之一。木-混凝土组合梁中,上部混凝土板受压,下部木梁
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目(51708382); 江苏省自然科学基金青年项目(BK20170380); 江苏省高等学校自然科学研究面上项目(17KJB560009);
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随着木材加工技术的发展,现代木结构相比于传统木结构,在构件强度和尺寸上有很大突破。现代木结构在西方发达国家应用广泛,近些年在我国也发展迅速,然而目前我国的结构用工程木材较为短缺,因此,现阶段在我国建造纯木结构建筑,其造价相对较高。将木材与传统建筑材料组合使用,既能充分发挥各部件的性能,又能一定程度上节约木材资源,降低成本,木-混凝土组合梁就是代表之一。木-混凝土组合梁中,上部混凝土板受压,下部木梁受弯并承受拉力作用,木梁与混凝土板通过剪力连接件连接,二者共同受力,有效增加了结构的抗弯承载力和刚度。已有研究结果表明,木-混凝土组合梁的破坏往往始于木梁底部受拉断裂,而上部混凝土板基本上还处于弹性,属于脆性破坏模式,总体上材料利用率较低。为了改变木-混凝土组合梁脆性破坏模式和提高其材料利用率,本文提出采用钢板/CFRP板对组合梁底部木梁进行适当增强,以期改善其结构性能。通过改变组合梁增强材料种类、厚度以及增强方式等,研究了增强型木-混凝土组合梁受弯性能。(1)对9根木-混凝土组合梁进行受弯试验,将1根未增强的试件作为参照梁与其余采用钢板和CFRP板增强的试件进行对比,研究组合梁的抗弯承载力、跨中挠度、混凝土板与木梁之间的相对滑移、截面应变分布以及组合梁的有效抗弯刚度。试验结果表明:与未增强组合梁相比,钢板和CFRP板增强型组合梁的抗弯承载力最高可分别提高69.7%和85.4%,且变形能力也得到增强;组合梁跨中截面沿高度方向上的应变基本是呈线性分布的,由于混凝土板与木梁之间存在相对滑移,此界面处的应变则会产生突变,不再符合平截面假定;与未增强试件相比,增强型组合梁的木梁最大拉应变可提高约170%,混凝土板的最大压应变可提高40%。因此,木-混凝土组合梁与增强材料协同使用,能更充分发挥混凝土板的抗压性能以及木梁的抗拉性能,从而提高组合梁试件的抗弯承载力。(2)有限元结果表明:组合梁荷载-跨中挠度与荷载-滑移的模拟曲线与试验曲线对比吻合良好,对研究带新型抗剪连接件增强型木-混凝土组合梁受弯性能提供了可靠依据。分析了增强材料种类、厚度以及增强方式、抗剪连接件间距和木梁底部螺钉间距等参数对组合梁受力性能的影响。(3)根据欧洲规范5提出的一种应用于木-混凝土组合梁截面计算的方法—“γ”法,分析组合梁的抗弯承载力、跨中挠度、界面相对滑移及截面的抗弯刚度。结果表明:理论推导与试验结果较吻合,个别测点会存在偏差,但仍处于合理范围之内。因此,组合梁的极限弯矩公式、有效抗弯刚度公式及界面滑移计算公式基本符合要求。
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