摘要
木材是一种传统的绿色的工程材料，但其力学性能受木材纹路的影响较大，且由于木材的抗剪强度较低，因此木梁易发生剪切破坏，这样的特性限制了木结构在现代工程中的应用。为了拓宽木结构在工程中的应用范围，充分发挥木材的顺纹抗拉压性能，本文提出了一种以胶合木板作为上下翼缘、焊接冷弯薄壁槽钢作为腹板并通过螺栓连接的箱形截面钢-木组合梁。采用兴安落叶松木为材料，设计制作了3根钢-木组合箱梁和1根胶合木箱梁试件。通过分级加载的方式分别对各构件进行了弯曲加载试验，根据试验结果对其抗弯极限承载力和抗弯刚度等力学性能进行了分析与研究，并通过有限元分析软件对两种构件进行了建模和数值模拟分析。本文的主要内容和得到的主要研究成果如下: 1)通过四点弯曲加载的方式，观察了钢-木组合箱梁和胶合木箱梁在荷载作用下的破坏过程及破坏形态，测得了各构件翼缘和腹板的应变变化、挠度发展和极限承载力。试验结果表明:钢-木组合箱梁的翼板与腹板组合性能较好，试件最终均为典型的拉压破坏，同时伴随着钢材局部屈曲和木材的局部劈裂等破坏;木箱梁的破坏为腹板顺纹剪切破坏。由于组合箱梁的腹板是钢材，弥补了木材抗剪强度低的弱点，所以相比胶合木箱梁，组合箱梁的抗弯极限承载能力平均提升了30.3％，且相比胶合木箱梁的脆性破坏，钢-木组合箱梁拥有更好的延性。 2)根据试验结果得出了各构件的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和组合箱梁的荷载-滑移曲线，并通过翼板应变的横向分布计算获得了钢-木组合箱梁翼缘的剪力滞系数及有效分布宽度。 3)参照钢混组合梁的计算公式并考虑了滑移效应，对钢-木组合箱梁的跨中挠度和抗弯承载力进行了计算分析，并将计算结果与试验结果进行了对比，发现两者的吻合度较好，其相对误差均小于10％，这表明该计算方法可用于钢-木组合箱梁的计算。 4)使用ABAQUS有限元分析软件分别对钢-木组合箱梁和胶合木箱梁进行了四点弯曲加载方式下的建模和分析，对比了与试验相同荷载和边界条件下胶合木箱梁和钢-木组合箱梁有限元模型的变形、应力等主要力学性能。结果表明，有限元分析和试验结果的相对误差均小于15％，这表明有限元模拟分析的结果接近实际情况，进一步验证了试验分析结果的可靠性。
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