胶合木-UHPC组合梁平钢板+栓钉抗剪连接件力学性能研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guanjianjun12
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由于混凝土板自重大、木材和混凝土的长期效应、混凝土较低的抗拉强度等原因,传统木-混凝土组合梁存在自重大、长期变形大、耐久性不足等难题。为从根本上解决上述技术难题,本文将高强高性能的UHPC(Ultra-High Performance Concrete)材料引入木-混凝土组合梁,提出了由胶合木梁和UHPC板结合而成的新型胶合木-UHPC组合梁结构,以期减轻组合梁的自重、减少长期变形、提高耐久性并提升其跨越能力。新型组合梁的结合面可靠连接是保证结构可行的必要条件,胶合木-UHPC结合面主要承受由整体受力和局部荷载等引起的反复剪力作用,同时还受到UHPC徐变、胶合木蠕变及环境温湿度等多因素共同影响,剪切受力和破坏机理较为复杂,研究其力学行为、连接机理和破坏模式是十分重要的。本文选取了刚度较大、承载力较好的平钢板+栓钉(Horizontal Steel Plate(HSP)+studs)作为新型组合梁的抗剪连接件,采用试验研究、数值模拟计算和理论分析相结合的方法展开研究,以期探明HSP+studs连接件在胶合木-UHPC组合梁结合面中的工作性能。主要完成了以下工作:(1)设计了 5组15个试件并进行了推出试验,研究主要设计参数对连接件破坏模式、荷载-滑移特性和受剪性能的影响。试验结果表明:典型破坏模式分为栓钉剪切破坏和胶合木剪切破坏两种,且均为延性破坏;5组推出件荷载-滑移曲线规律基本一致,可分为:Ⅰ.弹性阶段,Ⅱ.塑性阶段,Ⅲ.破坏阶段,Ⅳ.螺钉承载阶段(仅胶合木剪切破坏试件存在此阶段);栓钉高度对连接件抗剪承载能力影响不大;钢板厚度与连接件抗剪承载力呈正相关;混凝土强度的增加可有效提高连接件的抗剪刚度;当达到峰值荷载后,连接件表现出较好的峰后延性行为。(2)基于ANSYS有限元软件,仅考虑材料非线性,建立了胶合木-UHPC HSP+studs组合结构推出件非线性有限元模型,对试验过程进行了数值模拟,有限元分析结果与试验结果吻合较为良好,所得钢板厚度、栓钉高度和混凝土强度等级对连接件受力性能的影响规律与实际试验结论一致。(3)基于HSP+studs连接件受力机理和推出试验典型破坏模式,验证了现行计算理论对HSP+studs连接件抗剪承载力计算的适用性,结果表明:当结合面发生胶合木剪切破坏时,采用新西兰标准NZS 3603公式预测其抗剪承载力具有较好的指导意义;当发生栓钉剪切破坏时,文献可查的现有计算公式与试验结果吻合精度欠佳,由于发生栓钉剪切破坏试件较少,要想提出适用性较好的栓钉抗剪承载力计算公式还需要大量的推出试验研究。
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