铝—木组合梁抗弯性能试验研究

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铝-木组合结构具有低碳环保、质轻、抗震性能好、耐腐蚀和施工便捷等特性和优点,发展为一种新型建筑结构体系可带来较大的经济效益。目前钢-木组合结构在国内外已有较广泛的应用和研究,但钢材易发生锈蚀,虽然与木材连接形成组合构件得以发挥各自材料的优势而相得益彰,并很大程度上改善了木材存在木节等初始缺陷的问题,而在温湿度较大的环境中却严重限制了钢-木组合结构体系的推广。对此,铝-木组合结构更具有适用性。本文取用原生木材花旗木由铝合金板加强形成铝-木组合梁,并对其进行了抗弯试验研究和数值模拟分析,得出组合梁的受力性能,验证了铝-木组合梁的可行性。另外,对于人工复合板材OSB板在建筑领域中逐渐被开发利用,且其材性性能已得到明确认识,由此考虑OSB板应被作为重要对象用于铝-木组合梁中进行研究分析,本文设计了铝-OSB板“T”型带肋组合梁进行抗弯试验研究和理论分析。主要内容如下:(1)本文通过对花旗木、OSB板及铝板这三种材料的材性试验测得相关力学性能指标,为后期对铝-木组合梁的试验研究和数值模拟分析提供了重要依据。本文对铝-木组合梁和铝-OSB板“T”型带肋组合梁试件进行了抗弯试验研究,并考察了铝板端部加固和底部螺钉加密这两种构造方式的功效。由试验结果得出试件的破坏形态为弯曲破坏,并由荷载-位移曲线和荷载-应变曲线分析发现该形式的铝-木组合梁抗弯性能较好,采用螺钉连接的方式可以保证组合梁各构件协同工作,端部铝板加固和梁底螺钉加密的构造方式可减小滑移带来的不利影响。(2)通过ANSYS有限元软件分别对两个铝-木组合梁试件进行模拟分析,得到计算结果与试验值基本吻合。应用这种有限元分析的方法对组合梁的铝板厚度、梁截面高度、铝-OSB板“T”型带肋组合梁中的肋板间距等进行参数分析,结果得出增加铝板的厚度和梁截面高度是提高组合梁承载力的有效途径,适当减小肋板间距可以改善组合梁的承载力性能。并对铝-木组合梁与纯木梁、铝-OSB板“T”型带肋组合梁与钢-OSB板“T”型带肋组合梁、铝-木混凝土组合梁与钢-木混凝土组合梁进行对比分析得出铝板在组合梁中代替钢板是可行的。(3)采用二阶算法和考虑滑移效应的组合结构计算方法得出铝-木组合梁的挠度计算公式,且计算结果与试验值相差较小,验证了铝-木组合梁的计算较合理并为实际工程应用提供了参考。
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