钢-木组合梁受弯力学性能试验分析

钢-木组合梁受弯力学性能试验分析

作者：周文昭

来源：《建筑与装饰》2019年第23期

摘要提出一种以H型钢梁腹板胶接现代木板的钢-木组合梁。以组合梁中的H型钢腹板的高度、翼缘的宽度及厚度、有无焊接螺栓为参数，对1根纯钢梁和3根钢-木组合梁进行受弯性能试验，观察组合梁挠度的发展、破坏过程及破坏形态，探讨其受弯承载力等弯曲性能。研究显示在钢梁腹板高度增大、翼缘加宽，或是同时添加了螺栓的情况下，试验试件的承载力出现了不同程度的提高，H形钢-木组合梁组合效应显著。

关键词钢-木组合梁;受弯性能;失稳破坏;破坏形态

钢材具有强度高，塑性韧性好、自重轻、材质均匀等诸多优点[1-2]。但钢材的防火性能与稳定性差[3]。木材的防火性、防潮耐火性和保温节能性都很优秀。将木与钢材通过合理方式组合，形成的组合构件可以弥补两种材料的缺陷，使承载力和受力性能得到提高。

1; 试验概况

本试验将热轧H型钢作为骨架，在热轧H型钢腹板左右外表面上使用环氧树脂结构胶或同时使用螺栓固结木板。其中A类截面为H型钢腹板内胶现代木组合梁截面，B类截面为H 型钢腹板内胶现代木并同时在腹板上打孔，穿入螺栓拧紧形成组合梁截面。

本试验总共制作了4根梁，试件L1为纯钢梁，L2-L4为3根H形钢-木组合梁。其中L2、L3为A类截面，L4为B类截面，四根梁具体试验参数见下表。本试验主要研究组合梁截面尺寸、钢梁有无内胶现代木以及组合梁有无焊接螺栓等参数变化时，对组合梁抗弯性能的影响。

2; 试件破坏过程及特征

2.1 试件L1

试件L1为纯钢梁，试验开始之后加载至100KN稳定后荷载读数下降值变大，到了

116KN后荷载已无法加大，此时纯钢梁已经不能继续承载。同时钢梁在向下弯曲的同时，将突然发生侧向弯曲导致失稳破坏。

2.2 试件L2、L3

试件L2与L3加载过程中，在加载到一定荷载时开始听见胶层剥离声，随后梁中部出现轻微开裂;当达到极限荷载时，可以观察到下翼缘木板断裂，腹板受拉区出现张拉裂缝，此时梁已不能继续承载，荷载逐级变小，变形继续增加，试件跨中位置发生弯曲破坏。当对试件进行卸载时，卸载后试件产生了明显的回弹变形。

2.3 试件L4

试件L4在加载过程中，当荷载达到183.3KN时，分配梁右侧支座开始脱胶。当荷载达到190.6KN时，出现啪啪声，观察到组合梁跨中上部翼缘脱胶并出现裂缝，螺栓孔边缘出现斜向裂缝。当荷载达到205KN时，荷载逐级变小，变形继续增加，试件挠度大，分配梁下钢板变形，试件跨中位置发生弯曲破坏。

3; 试验结果分析

荷载—跨中挠度关系曲线如图1所示。从图中可以看出L1钢梁处于弹性阶段时荷载-跨中挠度曲线呈线性增长，当挠度增大到一定值以后，梁在向下弯曲的同时会突然发生侧向弯曲导

致钢梁整体失稳破坏。L2～L4组合梁处于弹性阶段时荷载-跨中挠度曲线呈线性增长;上翼缘钢材屈曲及腹板木材受拉出现裂缝之后，组合梁进入弹塑性阶段，荷载-跨中挠度曲线斜率不断减小，组合梁的刚度逐渐下降直至破坏。由此说明了此类H型钢-木组合梁在弯矩作用下具有良好的延性和变形能力。

图1 荷载—跨中挠度关系曲线

4; 结束语

（1）通过试验可以发现，组合梁的受弯承载力相对于纯钢梁有明显的提高。H型钢经过木材的加强，可以有效地提高组合梁的抗弯刚度及侧向刚度，避免了H形钢梁的整体侧向失稳，使纯钢梁由整体失稳破坏形式变为由强度控制的破坏，说明H形钢-木组合梁的组合效应显著。

（2）H型钢组合梁翼缘宽度、腹板高度以及有无同时穿加螺栓等因素对H型钢-木组合梁的受弯承载力影响较为显著。当达到极限荷载后，组合梁仍具有一定的残余强度和变形能力，且组合梁最终破坏形式表现为延性破坏。

参考文献

[1] 陈民三，胡连文.钢结构在建筑工程中的应用与发展[J].建筑结构学报，1990，11（4）：73-78.

[2] 趙晓玲，李宇静.我国钢结构建筑的应用及发展现状[J].内蒙古科技与经济，2006，（16）：16-17.

[3] 卢小松，陈向荣.钢框架梁整体稳定性能分析[J].钢结构，2004，19

（6）：29-30.

作者简介

周文昭（1995-），女，湖南株洲人;毕业院校：中南林业科技大学，专业：建筑与土木工程，学历：硕士研究生，现就职单位：中南林业科技大学，研究方向：结构工程。