钢-木组合梁抗弯性能研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 25次 | 上传用户:Richard0936
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木结构建筑保温、节能、环保、舒适,具有良好的环境协调性,但是木材设计强度却较低。钢结构虽然轻质高强,但具有稳定性差的问题。本文在结合两种材料特点的基础上提出了-种新型截面的组合梁,以焊接H形钢梁为骨架,钢梁上、下翼缘外表面黏结樟子松板组成工字形截面的钢-木组合梁,并对其进行了抗弯性能试验和理论分析研究。研究表明,钢材和木材两种不同材质的板材通过结构粘合剂黏合而成的钢-木组合梁是可行的,经过木材的加强,保证了试件截面的稳定,使钢材进入塑性发展阶段,有利于材料强度的充分利用,组合效应显著,力学性能优良,能够作为承载力构件应用于建筑工程。以组合梁的木材厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度为参数,对9根钢-木组合梁进行弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下钢板和木材的应变变化、组合梁挠度的发展,并分析了组合梁的破坏过程、破坏形态及破坏机理,探讨了组合梁承载力和抗弯刚度等弯曲性能。结果表明,H形钢和木材整体工作性能良好,组合效应显著,构件跨中横截面应变呈线性分布。试件荷载-跨中挠度曲线呈弹性和弹塑性两个阶段,并最终以下翼缘木材跨中断裂而破坏。基于承载力叠加法本文提出了钢-木组合梁跨中挠度及抗弯承载力的简化计算公式,将简化公式计算结果与试验结果进行对比,表明公式计算精度较高,可以为钢-木组合梁的应用提供设计依据。采用ABAQUS有限元软件对H形钢-木组合梁的抗弯性能进行非线性有限元数值分析,并对组合梁数值模拟中木材和H形钢材料模型定义、有限元建模、弹簧单元生成及后处理等关键技术进行系统研究。分析结果表明,钢-木组合梁的数值模拟结果与试验结果吻合良好,从而说明所建立的ABAQUS数值模拟技术合理、可行。在此基础上对钢-木组合梁抗弯性能进行参数分析,考虑钢材屈服强度、H形钢翼缘厚度及宽度、木材厚度、腹板高度及厚度对抗弯刚度和抗弯承载力的影响。
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