新型装配式胶合竹-混凝土组合梁试验研究

摘要

目前，胶合木/竹-混凝土组合梁(Timber/Bamboo-concretecompositebeams,简称TCC/BCC梁)的研究与应用主要集中在混凝土板的“湿”连接方面，即上部混凝土板通过现浇方式与木/竹梁结合在一起，其在施工效率、力学性能及长期变形等方面存在明显缺陷，而基于“干”连接的装配式组合梁可以有效克服上述问题，是TCC/BCC研究的新方向。设计出同时具备高刚度、高承载力、高延性，且便于装配施工的新型连接件是发展装配式TCC/BCC性能的关键。本文基于活性粉末混凝土(Reactivepowderconcrete,简称RPC)与钢螺杆的复合，提出了插销式RPC-螺杆复合连接件(Plug-inRPC-threadedrodcompositeconnector，简称P型连接件)，并开展了P型连接件的推出试验和装配式BCC梁的抗弯试验，研究复合连接件的构造方法，评估组合梁的抗弯性能，主要研究内容与结论如下：　　(1)以混凝土板厚及连接件长度为设计参数，开展了12组试件的推出试验，研究表明：混凝土板中，预埋竹块的表观密度对连接件抗剪切刚度有密切影响；随着连接件连接端长度的增加，连接件刚度增长逐渐变缓，受加工精度的影响，在连接件长度过大的情况下，会出现刚度下降的趋势；连接件刚度随锚固端厚度的增加而增加，但当锚固厚度达到一定值后，提高作用趋于稳定。　　(2)以连接件外径及螺杆直径作为设计参数，开展了9组试件的推出试验，研究表明：连接件的承载力和刚度均随外径和螺杆直径的增加而增加，但连接件外径对抗剪切性能的影响明显高于螺杆直径；随RPC面积和螺杆面积比(Arpc/As)的增大，复合连接件的延性逐步降低。因此，应该合理控制其截面积比值，在本文试压条件下，Arpc/As的上限值可取为12。　　(3)采用典型复合连接件，开展了3个大尺寸BCC梁的抗弯试验，研究表明：连接件等效间距对抗弯性能有重要影响，减小连接件间距，BCC梁的抗弯刚度增大，但其延性明显减低；增加混凝土板厚可以改善BCC梁的延性，但增大了构件的自重，综合分析，增大板厚对组合梁力学性能的提升能力有限。　　(4)采用Abaqus建立了装配式BCC梁的有限元模型，并基于试验数据，验证了该模型的有效性。在此基础上，采用该模型对连接件的等效间距开展计算分析，结果表明：为保证BCC梁在破坏前具有必要的延性，复合连接件的等效间距应该具有合理的上、下限值，对于外径典型的复合连接件，等效间距的下限值与上限值分别可取为225mm与500mm。　　本研究提出的新型连接件及相关设计方法，对装配式BCC梁的进一步研究与应用提供了基础性数据。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 工程竹材

1.2.1 胶合竹

1.2.2 竹集成材

1.2.3 重组竹

1.3 装配式竹/木-混凝土组合梁

1.3.1 全结合装配

1.3.2 半结合装配

1.3.3 单组件装配

1.4 高强与轻质混凝土板

1.5 研究进展分析

1.6 本文主要研究内容

第 2 章 插销式 RPC-螺杆复合连接件

2.1概述

2.2插销式RPC-螺杆复合连接件构造

2.3 P 型连接件的优势

2.4 P 型连接件力学性能参数

2.5 本章小结

第 3 章 P 型连接件推出试验研究与分析

3.1 概述

3.2 材料性能

3.2.1 重组竹与胶合竹

3.2.2 环氧树脂胶

3.2.3 RPC-螺杆复合连接件

3.2.4 钢纤维混凝土板

3.3推出试件设计与制造

3.3.1推出试验设计

3.3.2竹块与胶合竹梁加工

3.3.3 RPC-螺杆复合连接件制作

3.3.4 预制钢纤维混凝土板制作

3.3.5 试件组装

3.4推出试验加载设备与测量方案

3.5基于连接件锚固长度与连接长度的推出试验研究与分析

3.5.1 试验设计

3.5.2 试验破坏现象

3.5.3 试验结果

3.5.4 竹块密度、连接长度和锚固长度分析

3.6 基于连接件外径和螺杆直径的推出试验研究与分析

3.6.1 试验设计

3.6.2 试验破坏现象

3.6.3 试验结果

3.6.4 连接件外径与螺杆直径分析

3.7试验对比

3.8 本章小结

第四章 轻量化装配式 BCC 梁抗弯试验研究与分析

4.1 概述

4.2 试验设计

4.2.1 组合梁设计理论

4.2.2 组合梁的尺寸与试验参数设计

4.3 试件加工

4.4 组合梁试验装置与测量方案

4.5 组合梁试验现象

4.5.1 DP35-13

4.5.2 P35-13

4.5.3 DP35-9

4.6 试验结果

4.6.1 荷载-跨中挠度曲线

4.6.2 荷载-滑移曲线

4.6.3 跨中截面应变

4.7 组合梁抗弯试验分析

4.7.1 叠合层和连接件间距对组合梁性能的影响

4.7.2 组合效应分析

4.8 本章小结

第 5 章 装配式 BCC 梁有限元分析

5.1 概述

5.2 有限元模型

5.3 有限元分析结果

5.3.1 荷载-跨中挠度曲线

5.3.2 荷载-滑移曲线

5.4 有限元参数分析

5.4.1 连接件间距布置

5.4.2 连接件间距对组合梁性能的影响

5.4.3 梁板界面的滑移分布

5.5 结论

结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文