木-混凝土组合结构植筋连接力学性能研究

摘要

木-混凝土组合结构是利用各种剪力连接件把木材和混凝土组合在一起作为主要受力构件的结构，混凝土承受压力，木材承受拉力。该结构充分发挥了两种材料各自的力学性能，具有质量轻、安装方便及较好的保温隔声等优点，在欧美国家得到了较多应用。 剪力连接件是木-混凝土组合结构的重要组成部分，它不但能传递混凝土与木材之间的纵向剪力，而且可以抵抗混凝土与木材之间的掀起。螺栓、销钉和螺钉等销轴类连接件是应用最为广泛的抗剪连接件。但螺栓和销钉连接件在插入木材时需要进行预钻孔，使得连接件与木材之间存在间隙，这降低了连接的抗剪刚度和承载力。植筋连接中的胶粘剂不但可以填充销轴类连接件与木材之间的空隙，提高连接的刚度；植筋连接还能够增强连接的抗剪承载力。但当前关于木-混凝土组合结构植筋连接的研究还较少，且没有组合结构连接的抗剪承载力计算理论。因此，本文开展了木-混凝土组合结构植筋连接力学性能的研究。 通过木-混凝土组合结构植筋连接推出试验，研究了单植筋连接的植筋直径、在木材内的植入深度和倾斜角度等对连接抗剪承载力和刚度的影响；此外，也研究了连接件的间距与布置对连接力学性能的影响。 连接件的木材销槽承压强度是木-混凝土组合结构连接抗剪承载力计算的关键参数。在现行的世界各国规范中，销钉和螺栓连接件的木材销槽承压强度理论计算公式是相同的，且没有关于植筋连接件的销槽承压强度的计算公式。实际上，连接件的表面条件对其销槽承压强度影响较大，而螺栓和植筋连接件的表面条件与销钉差异较大。本文开展了销钉、螺栓和植筋连接件的木材销槽承压试验，并将销槽承压强度的试验结果与现有的销槽承压强度理论计算结果进行了对比，发现现有规范低估了螺栓连接件的木材销槽承压强度。本研究在销钉连接件销槽承压强度理论计算公式的基础上，发展了适用于螺栓和植筋连接件的木材销槽承压强度计算公式。 目前，关于木-混凝土组合结构销轴类连接件连接抗剪承载力的计算主要基于钢-木、木-木、钢-固定间隙-木三种计算模型。混凝土受压表现为脆性，材料模型不能简单地看作与钢或木材一样，因此前两种模型并不正确。钢-固定间隙-木模型中的间隙是混凝土压碎后形成的，在当前的模型中间隙的取值是凭经验给出的定值5mm，该模型没有考虑混凝土力学性能对连接承载力的影响。本文建立了基于混凝土强度的间隙（混凝土压碎深度）计算公式，发展了钢-间隙-木模型，并给出了对植筋连接抗剪承载力有贡献的绳索效应的经验公式。此外，基于改进后的钢-间隙-木模型，推导了植筋与木材呈倾角时连接的抗剪承载力计算公式。 最后，将本试验抗剪刚度和文献中的试验数据与现有的两种抗剪刚度理论计算方法计算的结果进行对比，发现现有的抗剪刚度理论计算公式不能较为准确地预测木-混凝土组合结构销轴类连接的抗剪刚度。

目录

声明

1 绪论

1.1 概述

1.1.1 木-混凝土组合结构的发展与应用

1.1.2 木-混凝土组合结构的特点

1.2 木-混凝土组合结构的连接形式

1.3 木-混凝土组合结构连接研究现状

1.3.1 木-混凝土组合结构连接试验研究

1.3.2 抗剪承载力研究

1.3.3 木材销槽承压强度研究

1.3.4 抗剪刚度研究

1.4 研究内容及意义

2 木-混凝土组合结构植筋连接剪切性能试验研究

2.1 试验方案设计

2.2 试件加工制作和材料性能

2.2.1 试件的制作

2.2.2 材料性能

2.3 试验装置和加载方案

2.3.1 试验装置与测点布置

2.3.2 试验加载制度

2.4 试验现象与结果

2.4.1 试验现象

2.4.2 荷载-滑移曲线

2.4.3 结果与分析

2.4.4 本章小结

3 木材销槽承压强度试验研究

3.1 试验方案设计

3.2 试件加工制作和材料性能

3.3 加载方案和销槽承压强度确定方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 螺栓和销钉连接件的销槽顺纹承压强度

3.4.2 植筋连接件的销槽顺纹承压强度

3.5 本章小结

4 木-混凝土组合结构植筋连接抗剪承载力和抗剪刚度理论研究

4.1 抗剪承载力理论分析

4.1.1 概述

4.1.1 木-混凝土交界面摩擦作用分析

4.1.2 连接件垂直插入木材

4.1.3 连接件倾斜插入木材

4.2 抗剪刚度理论分析

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要工作及结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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