现代木-混凝土组合结构桥梁设计理论及应用基础研究

With the development in economy and the progress in society, the ecology and sustainable structures are paied more and more attentions. Modern timber-concrete composite（TCC） structure has vast potential as a sustainabl new composite stucture.The advantages of both materials can be exploited because bending and tensile forces are resisted primarily by the timber and compression by the concrete. To sufficently use load-bearing capacity of TCC structures, it is important to ensure both materials act efficiently. The research and application of TCC bridges are in the early stage around the world. The failure mechanism and models will be investigated by a lot of tests on TCC specimen with flexible and rigid connection. Futhermore, based on the energy principle, the design theory for TCC bridges will be established by non-linear analysis and FEM numerical simulation. At last, the design methods of TCC bridges will be given by full scale model test. The researches for TCC bridges in this project are very significant in design theory and valuable in application.

随着经济的发展和社会的进步，人们越来越关注建筑的生态和可持续发展。现代木-混凝土组合结构，木材受拉，混凝土受压，能充分发挥两种材料各自的优越性能，克服木结构和混凝土结构自身的诸多不足，已成为一种极具潜力的新型组合结构。在荷载作用下，保证两种材料共同受力和变形协调是充分发挥其承载能力的关键。现代木-混凝土组合结构桥梁的研究和应用尚处于起步阶段，设计理论和设计方法亟待完善。本项目将选取两类典型的柔性和刚性剪力连接件，通过大量的组合构件试验研究，揭示现代木-混凝土组合结构共同受力机理和破坏模式；基于能量原理，通过非线性理论分析和有限元数值模拟，建立现代木-混凝土组合结构桥梁设计理论；通过组合结构桥梁足尺模型试验，验证现代木-混凝土组合结构桥梁设计理论。本项目的研究，将完善该类新型组合结构桥梁设计理论，拓展其应用范围，具有重要的理论意义和广阔的实用价值。

本项目通过对现代木-混凝土组合桥梁进行理论分析和试验研究，揭示现代木-混凝土组合结构共同受力机理和破坏模式，并建立现代木-混凝土组合结构桥梁设计理论，取得了以下研究成果：.1、通过对现代木-混凝土组合结构进行推出试验，揭示了现代木-混凝土组合结构典型破坏形态，获得了各类抗剪连接件的抗剪承载力、抗剪刚度和荷载-滑移曲线等性能指标。.2、通过对木-混凝土组合结构槽口-栓钉连接件和螺栓连接件的抗剪承载力进行理论分析，提出了两种连接件的抗剪承载力理论计算公式。比较试验结果和理论公式计算结果，木-混凝土组合结构槽口-栓钉连接件抗剪承载力公式预测误差小于8%。因此，木-混凝土组合结构钉类连接件理论公式能较好的预测木-混凝土组合结构钉类连接件的抗剪承载力。.3、通过对现代木-混凝土组合结构构件进行静力试验，揭示了该类组合结构在静力荷载作用下的受力性能。结果表明，通过剪力连接件混凝土板和木梁能共同工作，协同变形。当交界面剪力超过混凝土和木梁之间的摩擦力后，交界面剪力完全由连接件承担。.4、通过对现代木-混凝土组合结构桥梁足尺模型进行静、动力试验，发现混凝土板与胶合木梁能够有效地共同工作。当处于弹性变形阶段时，混凝土板与胶合木梁有共同的中性轴，组合结构满足平截面假定。通过对现代木-混凝土组合结构桥梁进行长期性能试验研究，得到５个月的跨中截面混凝土上缘应变时变曲线、木梁下缘应变时变曲线、跨中变形时变曲线。进一步，得到木-混凝土组合梁桥跨中截面混凝土应变徐变曲线和木梁应变徐变曲线。基于Midas Civil有限元分析模型，采用试验得到的徐变曲线，对木-混凝土组合梁桥后期徐变进行预测，得到了跨中截面应力与挠度的长期增长系数，提出了适用于木-混组合梁桥跨中截面挠度长期荷载效应计算公式。.5、通过对现代木-混凝土组合结构螺栓连接件进行低周反复荷载试验，揭示木-混凝土螺栓组合结构的滞回曲线具备以下特点：（1）非线性、非弹性；（2）每个加载周期均发生刚度退化；（3）同一位移幅值下，强度随荷载循环发生退化；（4）滞回环紧缩效应。.