【摘 要】
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木-混凝土组合梁是由底部的木梁和上部的混凝土板通过剪力连接件组合形成的受力构件。这类结构形式相较纯木梁受弯体系具有承载力高、抗弯刚度大的优点,并且在隔音、防火和防振等方面较纯木结构有着明显的优势。与钢-混凝土组合结构中钢梁与混凝土板可以实现“完全组合作用”不同,木-混凝土组合结构受制于材料特点,其连接件的抗滑移刚度较低、界面相对滑移较大,呈现出相对较弱的“部分组合”性能。这种特点导致木-混凝土组合
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51578284、51878344）；
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木-混凝土组合梁是由底部的木梁和上部的混凝土板通过剪力连接件组合形成的受力构件。这类结构形式相较纯木梁受弯体系具有承载力高、抗弯刚度大的优点,并且在隔音、防火和防振等方面较纯木结构有着明显的优势。与钢-混凝土组合结构中钢梁与混凝土板可以实现“完全组合作用”不同,木-混凝土组合结构受制于材料特点,其连接件的抗滑移刚度较低、界面相对滑移较大,呈现出相对较弱的“部分组合”性能。这种特点导致木-混凝土组合梁剪力件的连接性能成为研究重点,也使得木-混凝土组合结构的短期和长期变形都比较复杂。基于此,本文对木-混凝土组合梁及其剪力连接件的短期和长期性能进行了全面的研究。本文的主要研究内容和结论如下:（1）钢板-螺钉类连接件可实现木梁和混凝土板单独预制、施工现场装配。通过剪力件的推出试验研究螺钉数量、角钢增强和钢板凹槽等对其抗剪性能的影响。试验结果发现双排螺钉虽然会提高连接件的承载力,但是钢板的旋转会引起滑移刚度的下降;在木材表面为钢板设置凹槽可以提高钢板-螺钉连接的极限承载力和滑移刚度。（2）开口榫-螺钉类连接件适用于木-混凝土组合梁的整体预制。通过推出试验分析了加载方式、榫口形状、榫口宽度和自攻螺钉增强木材受剪面等因素对其抗剪承载力、滑移刚度和延性的影响。试验结果表明开口榫-螺钉类连接件具有较高的承载力和刚度,但是延性较差;采用自攻螺钉增强和采用斜槽对提高延性效果显著。（3）通过木-混凝土组合梁的足尺受弯试验,得到了钢板-螺钉连接和开口榫-螺钉连接组合梁的破坏模式、承载力、抗弯刚度和组合系数。结果表明木-混凝土组合梁的主要破坏模式为木梁的受弯破坏,对于榫-钉连接的组合梁试件还出现了端部连接件的脆性破坏。榫-钉连接的组合梁呈现出较高的组合性能,其组合系数可以达到70%。（4）对钢板-螺钉和开口榫-螺钉连接的推出试件在恒温恒湿下进行了长期加载。长期试验考虑了相当于推出试件短期承载力的15%和30%两种荷载比。钢板-螺钉连接件在15%和30%荷载比作用1000天后的蠕变系数分别为3.85和1.72;开口榫-螺钉连接在15%和30%荷载比作用600天后的蠕变系数分别为1.66和1.45。（5）采用Kelvin模型、Burger模型、五参数模型和Kelvin-Log模型对连接件的蠕变系数进行拟合。对比各蠕变模型的预测趋势,发现多单元Kelvin模型、五参数模型和Kelvin-Log模型的预测结果较为合理。基于这三种蠕变模型,对钢板-螺钉连接件和开口榫-螺钉连接件在全寿命周期的蠕变系数进行预测,并对其长期刚度和刚度折减系数进行了预测。（6）本文对木材的长期变形和混凝土的徐变机理进行了分析。结合木材蠕变系数和混凝土徐变系数明确了木-混凝土连接件界面长期滑移规律,建立了界面连接在全寿命周期内的变形预测方法。理论结果与推出试件长期加载试验的拟合结果吻合较好。基于理论计算分析了环境湿度、混凝土养护周期等因素对剪力连接件长期滑移的影响。（7）对1根胶合木梁和4根木-混凝土组合梁在室内无控制条件下进行长期加载试验,观测长期挠度、木梁应变和界面滑移随加载时长的变化趋势。采用蠕变模型对木梁和木-混凝土组合梁的长期挠度进行拟合,并对全寿命周期内的变形和长期有效刚度进行预测。（8）将木材、混凝土以及连接件的变形系数引入“γ法”有效抗弯刚度计算公式中,得到木-混凝土组合结构长期有效抗弯刚度的计算方法。基于理论方法,探究连接件的初始刚度及蠕变系数、混凝土养护龄期和环境湿度对组合梁长期性能的的影响;通过参数化分析,提出了提高木-混凝土组合梁长期性能的有效措施和设计建议。
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