工程木-混凝土组合梁受力性能分析与试验研究

摘要

工程木-混凝土组合结构是一种新型组合结构。采用合适的剪力连接方式使木与混凝土共同工作，木梁受拉，混凝土板受压，充分发挥两种材料优越的受力性能。
　　木-混凝土组合结构源于上世纪40年代钢材的短缺，曾在欧洲普遍应用于既有结构的翻新、加固。到上世纪末，欧洲、美洲、澳洲、日本等国将木-混凝土组合结构用于新建结构，包括房屋、桥梁建设等土木工程领域。有关木-混凝土组合结构的研究主要集中于连接件的抗剪刚度、抗剪承载力等相关方面。我国由于上世纪木材的匮乏，木-混凝土组合结构的研究几近空白。本世纪初叶，现代木-混凝土组合结构已运用于大跨、重型结构，但是结构的整体受力性能，尤其是设计与应用的基础理论研究尚不完善。
　　本论文首先研究木-混凝土组合结构的刚性连接件——角钢的受力性能，进行相应的有限元数值模拟及推出试验，获得角钢抗剪承载能力和抗剪刚度。其次，设计了3根不同角钢连接件布置方式的简支木-混凝土组合梁，建立三维有限元数值分析模型，对各种材料选取合适的非线性本构关系，进行相应的非线性有限元数值计算。同时，对不同角钢连接件布置方式的组合梁进行了模型试验，测试典型断面的应变、挠度、滑移等相关参数。进一步基于组合结构的线弹性理论进行木-混凝土组合结构的理论分析。最后得到如下主要结论:
　　1.本论文研究的角钢连接件可作为一种刚性连接件应用于木-混凝土组合梁中，重点探究了角钢嵌入深度对其受力性能的影响，不同参数的角钢连接件应具有一个最为合理的布置方式。
　　2.为探究角钢推出件和木-混凝土组合梁的受力性能，分别进行了数值模拟、模型试验和理论推导，发现三者在弹性阶段吻合较好。
　　3.木-混凝土组合梁的抗剪连接度对其受力性能有较大影响，抗剪连接度越大，组合梁受力性能越好。
　　基于本文的数值计算、试验研究和理论分析，角钢连接件是一种合理的刚性剪力连接件，改进后可更好地应用于木-混凝土组合结构的实际工程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．1．1 木-混凝土组合结构的产生和发展

1．1．2 木-混凝土组合结构的特点

1．1．3 木-混凝土组合梁的连接形式

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．3 本论文研究意义

1．3．1 工程实际意义

1．3．2 数值模拟意义

1．4 主要研究内容与方法

第二章 集成材(Glulam)力学性能

2．1 概述

2．2 Glulam工艺及特性

2．3 木材的基本力学特性试验

2．3．1 木材顺纹抗压弹性模量测定

2．3．2 木材顺纹抗压强度测定

2．3．3 木材顺纹抗拉强度测定

2．4 木材本构关系

2．5 本章小结

第三章 角钢连接件研究

3．1 角钢连接件特点

3．2 推出件模型设计及制作

3．2．1 推出件模型详细尺寸

3．2．2 推出件模型制作

3．3 推出试验数值模拟

3．3．1 材料本构关系

3．3．2 推出件FEM模型

3．4 角钢连接件推出试件试验研究

3．4．1 试验目的

3．4．2 试验装置及加载方案

3．4．3 试验现象及结果

3．4．4 试验数据对比分析

3．5 角钢连接件数值模拟与试验对比分析

3．6 本章小结

第四章 木-混凝土组合梁研究

4．1 概述

4．2 组合梁试验模型设计及制作

4．2．1 组合梁模型设计

4．2．2 组合梁制作

4．3 组合梁数值计算

4．3．1 材料本构关系

4．3．2 组合梁FEM模型

4．4 组合梁试验研究

4．4．1 试验内容

4．4．2 试验装置及加载方案

4．4．3 测点布置

4．4．4 试验现象

4．4．5 试验数据分析

4．5 组合梁数值模拟与试验结果对比分析

4．5．1 组合梁荷载-挠度分析

4．5．2 组合梁荷载-滑移分析

4．6 本章小结

第五章 木—混凝土组合梁理论分析

5．1 组合梁界面滑移分析

5．1．1 基本假定

5．1．2 组合梁界面滑移理论分析

5．1．3 组合梁界面滑移计算及试验验证

5．2 组合梁截面刚度及挠度分析

5．2．1 基本假定

5．2．2 组合梁截面有效刚度理论分析

5．2．3 组合梁截面挠度分析

5．2．4 组合梁截面挠度计算与试验验证

5．3 组合梁截面抗弯承载力分析

5．3．1 概述

5．3．2 完全剪力连接木-混凝土组合梁抗弯承载力分析

5．3．3 部分剪力连接木-混凝土组合梁抗弯承载力分析

5．3．4 各组合梁抗弯承载力计算与试验验证

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢