木-混凝土组合梁与木柱组合节点的受力机理与结构性能研究

Multi-story and high rise timber structure is one of the important development trends in the field of timber structures. To achieve better seismic behaviour, fire resistant performance and livability, the usual practice is to add a concrete layer upon the timber floor. An ideal solutions is to use timber-concrete composite systems to save wood materials and to optimize structure systems. In this case, composite beam to column joints will play an important role to the overall structure. However, there were few research on it. For this reason, this work focuses on the experimental, numerical and analytical study on the timber-concrete composite beam to timber column joints, which focuses on the following: 1) Mechanical behavior and optimum design of timber column within the composite joint region; 2) Experimental behaviour of the composite beam to column joints; 3) Numerical research of the composite beam to column joints; 4) Analytical investigation and design method of the composite beam to column joints. Through this research, it will reveal the structural mechanism and performance of the composite joints, and provide a further guidance of the engineering design and applications.

多高层木结构是当前木结构的重要发展方向之一，通常为了使多高层木结构具有更好的抗震性能、防火性能和居住舒适性能，需要在楼面铺设混凝土面层。进而，基于节约材料、优化结构的目的，楼屋面采用木-混凝土组合梁体系是一种较为理想的选择，尤其是考虑到我国目前的结构用木材资源现状。而木-混凝土组合梁与木柱组合节点对整体结构的性能起到至关重要的作用，但国内外在此方面的研究甚少，因此迫切需要开展对木-混凝土组合梁与木柱组合节点的研究。鉴于此，本项目将针对其进行试验研究、有限元模拟和理论分析相关工作。重点内容：1）组合节点部位木柱局部受力机理及其优化设计；2）木-混凝土组合梁-木柱组合节点的结构性能试验研究；3）木-混凝土组合梁-木柱组合节点的有限元模拟；4）木-混凝土组合梁-木柱组合节点的理论分析与设计方法。通过研究，探明组合节点的受力机理与结构性能，从而进一步指导工程设计与实践。

多高层木结构是当前木结构的重要发展方向之一，通常为了使多高层木结构具有更好的抗震性能、防火性能和居住舒适性能，需要在楼面铺设混凝土面层。进而，基于节约材料、优化结构的目的，楼屋面采用木-混凝土组合梁体系是一种较为理想的选择，尤其是考虑到我国目前的结构用木材资源现状。而木-混凝土组合梁与木柱组合节点对整体结构的性能起到至关重要的作用，但国内外在此方面的研究甚少，因此迫切需要开展对木-混凝土组合梁与木柱组合节点的研究。鉴于此，本项目开展了试验研究、有限元模拟和理论分析相关工作。重点内容：1）组合节点部位木柱局部受力机理及其优化设计；2）木-混凝土组合梁-木柱组合节点的结构性能试验研究；3）木-混凝土组合梁-木柱组合节点的有限元模拟；4）木-混凝土组合梁-木柱组合节点的理论分析与设计方法。通过研究，探明了组合节点的受力机理与结构性能，从而进一步指导工程设计与实践。.本项目研发了2种装配式木-混凝土组合梁技术，研发了3种木构件增强技术，提出了2种组合梁与木柱节点新型连接技术，公开发明专利2件，获得授权实用新型专利2件，获批软件著作权1件；本研究成果已在“Engineering Structures”、“Construction and Building Materials”和“建筑结构学报”等顶级期刊刊出；编制国家全文强制性规范2部、团体标准1部；开发了木材三维弹塑性有限元本构模型，并建立了木-混凝土组合梁与木柱连接的精细化数值分析模型；创新性地提出组合梁柱节点的组件法理论计算方法；培养博士研究生4名、硕士研究生9名，其中已毕业博士研究生1名、硕士研究生9名。通过项目研究，为木-混凝土组合楼盖体系在木结构梁柱体系中的科研、设计与推广应用提供借鉴。