胶合木-轻骨料混凝土组合梁的受力性能及设计方法研究

Timber-concrete composite beams are a combination of timber beams and concrete topping by shear connectors transferring longitudinal shear on the interface, creating a system to best utilize the advantages each material has to offer. Timber is used as the main tensile load bearing material, while concrete is used in compression slabs. Timber-concrete composite beam is widely used in developed countries because of superior performance and structural advantages of using environmental materials. But it is the unreliable calculation method that makes the study and application to them not satisfy the requirements of practical engineering. In this project, by studying the screw connection push-out specimens, the mechanical behaviour of the connecters in glulam- lightweight is analyzed, the calculation formula of shear strength of connections is proposed and the load-slip equation of the connection are given; On this basis, by the experimental study of glulam-lightweight concrete composite beam under monotonic loading, the main factors influenced the behaviour of glulam-lightweight concrete composite beam are discussed, and the affection of relative slip on the interface between timber and concrete is studied. At last, the flexural strength, longitudinal shear strength and vertical deformation formulas considering nonlinear interface slip are derived. This research is important and significant for improving the computation theory and extending the timber-concrete composite structures.

木-混凝土组合梁通过剪力连接件将木梁和混凝土板连接成整体共同工作，木梁受拉，混凝土板受压，剪力连接件传递交界面上的纵向剪力。因结构性能优越和用材生态环保等优点，木-混凝土组合梁在发达国家应用广泛，但目前国内外均没有成熟的设计方法，理论研究严重滞后于工程应用。本项目通过对胶合木-轻骨料混凝土组合梁螺钉连接件推出试件的研究，分析剪力连接件的受力性能，提出剪力连接件的强度计算公式并导出其荷载-滑移关系方程；在此基础上，通过对胶合木-轻骨料混凝土组合梁在单调荷载作用下受力性能的试验研究，分析影响组合梁受力性能的主要因素，研究界面相对滑移对组合梁强度和变形的影响，提出考虑界面滑移效应的胶合木-轻骨料混凝土组合梁抗弯强度、纵向抗剪强度和变形计算公式。本项目对于完善木-混凝土组合梁的设计理论、开启木-混凝土组合结构在我国的应用之门，具有重要意义。

木-混凝土组合梁是一种新型的组合构件，它是将现有或者新制的木梁用抗剪连接件与混凝土板连接成一个整体，共同工作。木-混凝土组合梁在发达国家应用广泛，但目前国内外均没有成熟的设计方法，理论研究严重滞后于工程应用。此外，使用轻骨料混凝土代替普通混凝土的优越性也需要试验和理论验证。本项目深入研究了胶合木-轻骨料混凝土组合梁的组合性能及破坏机理，并对组合梁在长期荷载下的挠度响应进行了评估。.通过推出试验，对螺钉连接件和开槽连接件的短期荷载-滑移性能以及长期徐变特性进行了研究。同时还对螺钉连接件的早龄期性能进行了评估。通过8根胶合木-混凝土组合梁的短期破坏试验，研究了混凝土种类、连接件类型以及剪力连接程度对组合梁受力性能的影响。通过6根胶合木-混凝土组合梁的长期加载试验，分析了混凝土种类、连接件类型以及环境因素对组合梁长期力学性能的影响。通过胶合木-混凝土组合楼盖的动力试验，分析了不同行走荷载工况对组合楼盖振动舒适度的影响。此外，通过3个胶合木-混凝土组合节点和1个胶合木梁柱节点的低周反复试验，分析了混凝土楼板的组合作用和混凝土板内纵向钢筋配筋率对组合节点抗震性能的影响。.在试验研究的基础上，建立了开槽连接件和螺钉连接件的荷载-滑移模型，并提出了两种连接件承载力和滑移模量的计算方法；基于有限元软件SAP 2000，建立了木-混凝土组合梁一维梁-桁架模型，分析了组合梁的传力机理；取组合单元体进行受力分析，建立了关于组合梁变形的微分方程，采用共轭梁法计算特定荷载作用下组合梁的跨中挠度值；基于弹性理论，推导了考虑滑移效应的组合梁承载力计算公式；在充分考虑材料和连接件时变特性的基础上，利用弹性力学计算模型提出了组合梁长期变形的计算方法。.本项目的研究成果可以为木-混凝土组合梁在我国进一步的研究、设计及应用提供参考。