钢-木组合梁浆锚栓钉抗剪连接件力学性能研究

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钢-木组合结构是一种新型组合结构形式。将木材与传统建筑材料钢材进行组合,可以充分发挥钢材与木材的性能优势,并克服材料自身局限性。此外,木材是一种绿色可再生建筑材料,相较于传统建筑材料其在生产加工过程中能耗低,对我国低碳发展和双碳战略具有重要意义。钢-木组合梁是由木楼板与钢梁通过剪力连接件组合而成的受力构件。其中,剪力连接件起到抵抗两者之间滑移与抑制两者之间掀起作用,是实现组合作用的关键。已有研究结果表明,大多数机械锚固销钉类连接件的抗剪承载力和抗剪刚度相对较低。因此,为探寻一种承载力高、刚度大的适用于钢-木组合结构的新型抗剪连接件,本文提出了浆锚栓钉剪力连接件(Grouted stud connector,简称GSC),通过推出试验与模拟及理论分析对其抗剪性能进行了研究,包括连接的抗剪承载力、抗剪刚度及延性,并验证了不同破坏模式下现有计算理论对GSC连接件抗剪承载力计算的适用性,具体工作如下:(1)共设计了30个试件进行推出试验,其中八组GSC连接试件件与两组浆锚螺栓(Bolt connectors in grout pockets,简称BCGP)连接试件。试验结果表明,GSC连接件主要破坏模式为栓钉弯曲或剪断,同时伴有灌浆袋开裂与转动;BCGP连接件主要破坏模式为螺栓剪断,同时螺栓根部灌浆料被压溃。栓钉直径、开槽方式、开槽角度及栓钉排数对GSC连接件抗剪性能影响较大;GSC连接件相较于BCGP连接件抗剪承载力更高(约9.3%);通过在灌浆料中加入钢纤维对BCGP连接件抗剪承载力无明显影响,但可提高其抗剪刚度(约12.3%)。(2)基于ABAQUS对GSC连接件进行数值模拟及参数化分析。结果表明:模拟与试验抗剪承载力误差在5%内,然而由于模拟中未能考虑实际试验材料的缺陷,有限元模拟高估了GSC连接件的抗剪刚度;所模拟的荷载-滑移曲线与试验曲线大体上吻合较好。栓钉强度、CLT板外层纹理方向以及群钉效应对GSC连接件抗剪性能影响较大,栓钉长径比对其性能影响较小。(3)基于GSC连接件受力机理和推出试验典型破坏模式,验证了现有计算理论对GSC连接件抗剪承载力计算的适用性,结果表明:当试件发生栓钉剪切破坏时,采用我国钢结构设计标准(GB50017-2017)中公式预测其抗剪承载力具有较高的准确性;对于CLT顺纹层板压溃破坏,现有研究计算公式与试验结果存在一定差异,需要进行进一步理论研究。
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