木-混凝土組合結構靜力試驗及有限元計算＊

陳鷙翔

（中南林業科技大學 土木工程學院，湖南 長沙410004）

1 試驗研究

靜力試驗的試驗梁如圖1 所示，總長為2 000 mm，截面尺寸如圖2 所示，混凝土等級為C30。沿梁長方向共布置23 個Φ12 螺栓，剪跨段螺栓間距為80 mm，純彎段螺栓間距為100 mm。

在加載前期階段，撓度及交界面滑移較小，木梁和混凝土板作為一個整體共同受力。

當荷載增加到33.8 kN 時，組合梁發出輕微響聲。隨著荷載增加到55.6 kN 時，混凝土出現少量裂紋，并沿著混凝土板高度方向發展。當荷載達到69.3 kN 時，木梁出現裂紋并伴隨響聲。當荷載加載到78.4 kN 時，隨著一聲巨響，木梁底部瞬間被拉斷，組合梁完全破壞。

試驗現象如圖3 所示。

圖1 組合梁示意圖

圖2 截面尺寸（單位：mm）

圖3 組合梁試驗現象

2 有限元模型

利用大型通用有限元軟件ABAQUS 對試驗梁進行數值模擬。網格的劃分采用純手動切分，木梁與栓釘之間設置0.2 的摩擦系數，混凝土板與栓釘之間采用綁定約束，ABAQUS 模型如圖4 所示。跨中木梁底部荷載位移曲線如圖5 所示，ABAQUS 計算結果略大于計算值，因為試驗木材自身存在少量缺陷，含水率、木結等因素都會對木材強度產生影響，但結果相差不大，誤差范圍在10%以內。

3 結論

本文設計了一根木-混凝土組合梁進行靜力試驗，同時將試驗結果與有限元計算結果進行對比，兩者誤差相差不大，栓釘并未屈服，屬于完全剪力連接。

當荷載達到30.225 kN 時，有限元模型中端部的混凝土螺栓孔達到屈服強度，相應的試驗梁在33.8 kN 時出現響聲，即混凝土螺栓孔局部被壓壞。

當荷載為49.425 kN 時，木梁螺栓孔壁受壓達到屈服強度，進行相應的試驗。

本文為今后木-混凝土組合結構的工程實際應用提供有效的參考依據。

圖4 ABAQUS 模型

圖5 荷載-撓度曲線