H型钢木复合梁受力性能及连接特性研究

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钢材与木材具有各自的优势,也具有各自的缺陷,钢木复合结构可利用材料各自的性能优势,实现性能的互补。本研究提出一种由热轧H型钢和进口 SPF规格材连接复合而成的钢木复合梁,对其进行力学性能测试,在试验结果的基础上提出钢木复合梁的承载力计算公式,并采用ANSYS有限元软件对钢木复合梁进行分析。主要结论如下:(1)剪跨比为2时,试件受压应变大于受拉应变,剪跨比为4时与之相反,剪跨比为3时二者相当。随着剪跨比的增大,试件的最终位移、延性系数、耗能和最大拉应变依次增大,试件的载荷、初始刚度和最大压应变依次减小,应力中性层依次下移。300mm螺栓间距试件的载荷和初始刚度均大于200mm螺栓间距试件。(2)钢木复合梁的抗弯刚度主要由H型钢贡献;钢材的抗拉性能在复合梁中得到了更好的发挥。钢木复合梁的载荷、最终位移、延性系数和耗能能力均高于纯钢梁;螺栓连接试件的载荷、最终位移和耗能均高于自攻螺钉连接试件;200mm与300mm连接间距试件的承载能力差距不大,但300mm螺栓间距试件的最终位移、延性系数和耗能均高于200mm间距试件。(3)钢木复合梁在受剪状态下的剪力主要由H型钢腹板贡献,抗剪承载力计算值与试验值吻合较好,平均误差为8.7%。抗弯刚度计算公式和抗弯承载力计算公式均与试验值吻合较好,平均误差小于5%。有限元模拟变形和模拟刚度与试验结果吻合较好,相对误差均小于10%。模拟等效应力结果与试验结果及破坏性状相均吻合。(4)根据试验结果与模拟结果可知,钢木复合梁中,木材与H型钢共同工作性能优良,木材的主要作用为减缓H型钢发生整体屈曲。同时,连接节点削弱了集中荷载导致的局部屈曲,使钢材的性能得到更好的发挥,进而提高了复合梁的性能。
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