配筋木-混凝土組合梁受彎性能試驗分析

劉衛(wèi)成 ，彭樂寧 （湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

0 前言

木-混凝土組合結(jié)構(gòu)將混凝土、木材兩種材料通過剪力連接件組成結(jié)構(gòu)共同受力。混凝土板受壓、木梁受拉，充分發(fā)揮材料性能[1]。該組合結(jié)構(gòu)在歐美國家獲得了廣泛應(yīng)用。John Brody[2]、陳春、胡夏閩等人[3-5]對組合梁增強筋進行了靜力試驗研究。因組合結(jié)構(gòu)剛度小，在荷載作用下變形較大，故可在木梁中配筋以提高其剛度。本文通過在木梁底嵌入不同面積的鋼筋制作三根組合梁并進行試驗，研究配筋對組合梁極限承載能力和抗彎剛度的影響。

1 木-混凝土組合梁設(shè)計

1.1 試驗參數(shù)

本文共設(shè)計了4組試件（不配筋，配2根φ14鋼筋，配2根φ16鋼筋，配2根φ18鋼筋），4組試件編號依次為 TCC、TCCφ14、TCCφ16、TCCφ18。試件截面尺寸如圖1，設(shè)計參數(shù)如表1。

圖1 試件橫截面尺寸（mm）

試件設(shè)計參數(shù)一覽表 表1

1.2 加載方案與測量內(nèi)容

4組試件均采用單調(diào)靜力兩點對稱加載，預(yù)加載為15kN，正式加載分級加載，加載初期每級5kN，當(dāng)梁撓度達到6mm(L/600)后,每級2.5kN。每級加載完成后靜止2min后采集數(shù)據(jù)。組合梁加載如圖2所示。

圖2 組合梁加載示意圖（mm）

測量內(nèi)容：①跨中撓度，②交界面滑移。百分表測點布置如圖3所示。

圖3 百分表布置圖（mm）

2 木-混凝土組合梁試驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗現(xiàn)象

4組試件均為脆性破壞，破壞均由木梁拉裂開始，加載集中力作用處混凝土板橫向開裂，受壓區(qū)混凝土板強度未達到材料破壞極限承載能力。

2.2 組合梁荷載-撓度曲線

跨中截面組合梁荷載-撓度曲線如圖4所示，加載初期，跨中截面撓度與荷載呈線性關(guān)系，為彈性變形。隨著荷載增大，跨中截面撓度增速大于荷載增速，撓度與荷載呈非線性關(guān)系。配筋梁較未配筋的組合梁，其極限承載力顯著提高，但其抗彎剛度提升效果較極限承載力增加效果差。

圖4 組合梁荷載-撓度曲線

圖5 組合梁界面滑移對比曲線

2.3 組合梁交界面滑移曲線

組合梁由剪力連接件將木梁與混凝土板連接成整體而共同受力。在荷載作用下，交界面會產(chǎn)生縱向水平抗剪力，剪力連接件會產(chǎn)生變形，從而使組合梁交界面產(chǎn)生相對滑移。圖5為4組試件在極限荷載作用下交界面滑移圖，豎軸S表示交界面相對滑移量，橫軸表示距跨中截面的縱向距離。由對比圖可以得到如下結(jié)論：配筋面積增大，組合梁極限承載力提高，交界面最大界面滑移量增大。

2.4 分析及討論

組合梁靜力加載試驗結(jié)果如表2，My為彈性階段組合梁受彎承載力；Mu為破壞階段組合梁極限承載力；fy為My所對應(yīng)跨中截面撓度值；fu為Mu所對應(yīng)跨中截面撓度值；Su為極限承載力荷載作用下組合梁梁端界面最大滑移值。

3 結(jié)論

①木-混凝土組合梁剛度、極限承載力隨配筋面積正相關(guān)，且剛度提高效果較極限承載能力提高效果差。較未配筋的組合梁 TCC，TCCφ18、TCCφ16、TCCφ14極限承載力分別增大了63.0%、48.1%、37.0%；抗彎剛度分別增大了41.3%、33.9%、27.8%。

組合梁試驗結(jié)果 表2

②木-混凝土組合梁破壞均為脆性破壞，鋼筋屈服前，木梁底應(yīng)變與鋼筋應(yīng)變一致，對組合梁抗彎剛度增強效果顯著，消除組合梁受載時剛度不足缺點。

③木-混凝土組合梁配筋面積增大，組合梁極限承載力提高，交界面最大界面滑移量增大。