钢-竹组合构件的粘结与纵向抗剪性能研究

竹材人造板与冷弯薄壁型钢间通过胶粘剂复合而成的钢-竹组合构件，有利于充分发挥材料的高强度，并可提高薄壁型钢抗失稳屈曲承载能力，同时能够实现建筑结构体系良好的节能环保效果，而钢-竹界面的粘结作用是保证组合构件中型钢与竹板整体工作和共同受力的基础。本项目拟通过系统的试验研究与理论分析，针对钢-竹界面的粘结机理、粘结强度、粘结滑移本构关系以及钢-竹组合构件的纵向剪切受力变形特征、纵向剪力传递机制、纵向受剪承载力设计计算等进行深入探讨。通过本项目的研究，将建立钢-竹界面的粘结强度计算理论和粘结滑移本构关系，合理评价长期荷载、反复荷载以及冲击荷载作用对钢-竹界面粘结性能的影响，揭示钢-竹组合构件的纵向剪力传递机制和影响纵向抗剪强度的各种因素，提出钢-竹组合构件的纵向受剪承载力计算理论与设计方法，从而为钢-竹界面的可靠粘结和钢-竹组合构件的纵向抗剪设计提供理论依据，以促进建筑业的绿色低碳发展。

钢-竹界面的粘结作用是保证钢-竹组合构件中型钢与竹板整体工作和共同受力的基础。通过本项目研究获得如下结论：(1) 短期荷载作用下钢-竹界面剪切粘结性能良好，复合胶结型界面试件的破坏具有明显的延性特征；外贴竹板正应力试验值与拟合值吻合度高，以此为基础计算剪应力与相对滑移较为可靠；钢-竹界面剪应力与相对滑移分布具有两头大中间小的特征，且界面下端的剪应力和滑移量明显大于界面上端，剪应力最大值约为1.64MPa；钢-竹界面剪切粘结承载力计算值与试验值之间吻合较好，其计算误差小于8%。(2)长期荷载作用后试件界面完整性良好，复合胶结型界面试件的破坏具有显著的延性特征；2组单纯胶结型界面试件在长期荷载作用下承载力发生衰减，衰减系数分别为0.91与0.81；单纯胶结型界面的剪应力与相对滑移分布具有两头大中间小的特征，界面最大剪应力分别为1.41MPa和1.25MPa，与短期荷载试验相比约衰减10%和20%，界面的相对滑移则略有增长；长期荷载作用下复合胶结型界面的承载力、粘结剪应力及相对滑移与短期荷载试验相比不发生显著变化，自攻螺钉可有效提高界面抗剪能力，按80mm间距加设自攻螺钉后界面最大剪应力可达到1.7MPa。(3)反复荷载作用后的单纯胶结型界面剪应力与相对滑移分布呈现两头大中间小的特征，界面最大剪应力约为1.84MPa，与未施加反复荷载的试件相比约衰减5%-10%，界面相对滑移则略有增长，反复荷载加载位移处于非线性阶段时界面承载力约衰减20%。复合胶结型界面试件反复荷载作用后其承载力、粘结剪应力及相对滑移不发生显著变化。钢-竹组合试件在不同冲击速度下，冲击力大小随冲击速度的增加而逐渐上升，冲击速度对冲击力－冲头位移曲线没有太大影响。静态试件的压入试验曲线与动态冲击试验曲线基本重合，在低速冲击试验速度范围内试件没有明显的应变率效应。(4) 增大粘结面宽度和腹板高度、减小剪跨比，能有效提高钢-竹组合工字形梁的纵向抗剪承载力，同时限制挠度发展；复合胶结型组合楼板与单纯胶结型楼板相比，承载力提高，材料的强度得到充分发挥，破坏前具有明显预兆。提出了钢-竹组合梁、板纵向抗剪承载力计算公式及考虑滑移效应的变形分析理论，并进行了有限元分析，组合梁、板在极限荷载作用下的挠度变形、界面滑移及纵向抗剪承载力的理论值、试验值及模拟值之间吻合较好。