木-混凝土组合梁剪力连接件的研究现状.pdf

江苏建筑 2 0 1 0年第 3 期 ( 总第 1 3 4期 ) 木一 混凝土组合梁剪力连接件的研究现状 兰旭 焘 胡夏 闽 ( 南京工业大学土木工程学院， 江苏南京 2 1 0 0 0 9 ) 摘 要1 木一 混凝土组合梁是利用各种不同的剪力连接件把木和混凝土这两种材料结合而成的一种新型整体受力构件。 木粱与混凝土板的交界面上存在着纵向剪力 由混凝 土与木梁之间的抗剪连接件承受。文章总结 了国内外木一 混凝土组合 结构 的 相 关研 究 内容 ， 详 细 地 介绍 了 国外 木一 混凝 土组 合 粱 剪 力连 接件 的研 究现 状， 并 提 出现 阶段 我 国在 木 结 构相 关领 域 的 研 究方 向 。 f 关键 词1 木一 混凝土； 组合结构； 剪力连接件 中图分类号 T U 3 9 8 9 文献标 识 -q A 文章编 号 1 O 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 l 0 ) 0 3 0 0 4 4 0 2 Re v i e w o n S he a r Co n ne c t o r s i n W o o d- c o nc r e t e Co mpo s i t e Be a ms I J AN xu-t a o HU Xi a -mi n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a) Ab s t r a c t ：I n wo o dc o n c r e t e c o mp o s i t e b e a ms a w o o d b e a m i s c o n n e c t e d t o a c o n c r e t e s l a b T h e a p p r o a c h i s t o p o u r f r e s h c o n c r e t e o v e r t h e w o o d Me c h a n i c a l l i n k a g e b e t we e n c o n c r e t e a n d w o o d i s p r o v i d e d t h r o u g h v a r i O U S s o r t s o f s h e a r c o n n e c t o r s wh i c h b e a r t h e l o n g i t u d i n a l s h e a r f o r c e b e t we e n wo o d b e a m a n d c o n c r e t e s l a b T h i s p a p e r r e v i e we d wo r l d w i d e r e s e a r c h o n t h e p e rfo r ma n c e o f s h e a r c o n n e c t o r s i n w o o dc o n c r e t e c o mp o s i t e s t r u c t u r e s Th e c u r r e n t s t a t u s o f r e s e a r c h o n c o n n e c t o r s u s e d i n wo o dc o n c r e t e c o mpo s i t e s t r u c t u r e s wa s s u m ma r i z e d a n d t h e f u t u r e t r e n d wa s a l s o d i s c u s s e d I t i s b e l i e v e d t h a t t h i s s t u d y wo u l d p r o v i d e s o me i n s i g h t a n d s u g g e s t i o n s f o r a f ur t h e r r e s e a r c h p r o g r a m o n s h e a r c o n n e c t o r s i n Ch i n a Ke y wo r d s ：wo o d c o n c r e t e ；c o mp o s i t e b e a ms ；s h e a r c o n n e c t o r s O引言 木一 混凝 土组 合结 构是在木结构和混凝土结构的基础 上 发 展起 来 的一 种新 型结 构 。 近 年来 木 一 混 凝 土组 合 结 构 在欧洲 的应用实践表明 ，在木一 混凝土组合结构建筑中， 连 接件的性能直接影响结构的强度 、使用寿命和可靠性。因 此， 木一 混凝土组合结构 中连接技术的应用是否合理， 是设计 成败的关键。 也是建筑施工技术 的重要环节 。 传统木结构 的 连接一般采用榫卯连接方式， 而在现代 木结 构设 计中， 取而 代 之 的 是标 准 化 、 规 格 化 的金 属 连 接 件 。 木 结 构 中 的金 属 连 接件种类繁多， 随着近几年 的发展， 更是层 出不穷。 根据实践 中的使用情况和 国外各类木结构连接件设计规范，大体可 分为： 钉类 、 螺栓和销类连接件 、 木结构铆钉等。 作为组合体 系中重要横向承重构件的木一混凝土组合梁是 国内外学者 研究的焦点之一 文章重点介绍木一 混凝土组合梁剪力连接 件的研究和应用情况。 1 国 内木一 混凝 土 组 合 梁 剪 力连 接 件 的研 究 现 状 我国古建筑历史悠久， 尤其是传统 的木结构建 筑， 为 中 华传统建筑 的主流。 但到 了近代， 由于种种原因， 木结构建筑 并未在我 国得到发展，因而我 国木结构连接件的性能研 究， 主 要 集 中 在 古 代 木 结 构 建 筑 上 。 木 结 构 设 计 规 范 G B 5 0 0 0 5 2 0 0 3 中虽然提及 了木材与木材之间可以通过螺 栓 、 钢销 、 钉、 木螺钉等细而长的销类连接件连接 。 但是并 未 提及这种连接方式是否适用于木一 混凝 土组合梁。在我国 。 木一 混凝 土组合梁在木结构建筑中的应用 尚处于论证 阶段 交界面上剪力连接件的连接性能研究尚处于空 白：不管是 翼丌 垦仃 量T| 1 广 图 l 木一 混凝土组合梁的连接件 【 收稿13 2 0 0 9 1 1 0 6 作者简介】 兰 旭 焘 ， 南 京 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 硕 士 研 究 生 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江 苏 建 筑 2 01 0年 第 3期 ( 总 第 1 3 4期 ) 4 5 剪力连接件 的设计方法， 还是检测方法 的制定， 都 尚未起步 。 2国外木一 混凝土组合梁剪 力连接件的研究现状 1 9 8 7年 Ku n g E -I 的研 究 表 明 ， 与 垂 直 放 置 相 比 ， 剪 力 连 接件倾斜放置 时组合梁 的刚度和承载力大约提高 1 倍 其 余 条件相 同，比较螺栓或螺钉等剪力连接件与木梁倾斜一 定 角度放 置与垂直术梁放 置条件下木一 混 凝土组合梁 的刚 度 、 承载力情况 ， 得出倾 斜放置 4 5 。 时 的构 件整体刚度 和承 载力 匹配较好 ， 并且这时连接件是受拉而非受剪状态 ： 螺 钉 或 螺栓的排数不 同( 一排 或两排 ) ， 在其余 条件相 同的情 况 下 ， 构 件的破坏形态也会受到影响 。 Ma r t i n S Mu n g wa ， J e a n F r a n c， Oi s J u l l i e n ，Amo s F o u d i e t ， G u y H e n t g e s f2 1 等人在 1 9 9 9年参考欧洲规 范 4中剪力 连 接件的推出试验方 案 ，对 I N S A Hi l t i 这一新型柔性连接件 进行 了试验研究 。 并根据 试件的荷载一 滑 移曲线 得 出了不 同破坏模 式条件下 连接件极 限设计承载力 的计算公式 Kl a u s Ho l s c h e ma c h e r S v e n K l o t z和 Di r k We i b e 3 1 在 2 0 0 2年研究 了木一 钢纤维混凝土组合梁 的工作 性能 其 中 的连接件 ( 螺钉 ) 推出试验结果 显示 ， 在 木与钢纤维 混凝土 的交 界面设置 剪力连 接件 与不设 置剪力 连接件 的情 况相 比， 前者为两种材料组合协调工作 ， 而后者为两种材料单独 工作 前者的极限承载力比后 者高。 Br u c e L De a m， Ma s s i mo F r a g i a c o mo ， An d r e w H B u c h a n a n 等人在 2 0 ( ) 7年对 1 2种不 同形式 的剪力连接 件 分别进行 了推 出试验和梁式试验 ，通过 比较各种不同剪力 连接件的强度 、 刚度 、 极限荷载 和破 坏模式 ， 总结发 现矩形 槽 式螺钉 ( 栓 ) 剪力 连接件各方 面的工作性能 表现最好 ， 为 延 性 破 坏 。 由于抗剪连接件受力复杂 不易直接采用理论方法分 析确 定 其 承载 力 ， 一 般 通 过试 验 方法 得 到 。 通 过 搜 集 国 内外 相关试验发现 ，确定抗剪连接件性能的试验方法主要有两 种 一种是推出试 验 另一种是梁式试验。推出试 验是将 一 段木头与两块混凝土板通过布置在木头两侧的抗剪 连接件 连接 在一起 ， 然后在木头的一端施加荷 载， 使埋在混凝土板 内的连接件受到剪切作用 ，通过量测木头与混凝土板间的 相对 滑移获得抗剪 连接 件的荷载一 滑移 曲线 。梁式试 验是 指对 简 支 木 一 混 凝 土 组 合 梁 施 加 两 点 对 称 荷 载 ， 在 荷 载 作 用 下木头与混凝土板接触面上水平受剪 ，纵向剪 力随外荷 载 的增 加 而增 加 直 至 破 坏 。 国 内外 相 关 试 验 结 构 表 明 推 出 试 验 获 得 的连 接 件 承 载 力 较 粱 式试 验 得 到 的 承 载 力 偏 低 ， 从保证安全 的角度 出发 ，主要是采用推出试验得到的结果 为设计依据 。 推 出试验主要有 以下 3种形式 ( 见 图 2 ) ； 国内 外 的研究一般 只选取其 中一种形式进行试验研 究 ，并未进 行 3种 不 同形 式 下 连 接 件 工 作 性 能 的 对 比试 验 ，这 方 面 有 待进一步研究 。 国内外 的相关学者对木材与木材连接的销 类连接件的 工作性能 已经有 了一定的认识 ， 木一 混凝土推 出件破坏时一 般伴 随销类连接件弯曲 、 木材劈裂 、 连接件附近混凝 土脱 落 等破坏形 态； 连接件的承载力可能与混凝 土的材料参数 ， 销 类连接件 的直径 、 长度 、 材料 ， 木材 的材料参数等 因素有 关。 卜 - _ l_ _ 1 卜 _ - ： 卜 0 t 0 下 一 一 一 T T 。 f 砼 木 单剪 砼一 木一 砼般 剪 本一 砼一 术 般剪 图 2 木 一 混 凝 土 推 出 件 的 形 式 能否参照木一 木连接件的有关公式 通过可靠度分析和概率 统计 的方法得 出木 一 混凝土连接件 的承载力计算公式 尚有 待研究 。 3建议 针对我 国木一 混凝 土组合梁连接件研究空 白的现况 、 应 充分利用 国外 已有的设 计规范和研究结果进行相应的连 接 性 能 测 试 ， 明确 我 国 结 构 用 材 的 连 接 特 性 ， 建 立 相 关 设 计 规范和强度计算方法 、 计算模型， 并在此基础上， 设计研制 国 产木结构建筑专用 的连 接件，在注重木 材与基本连接件连 接性能 的研究 同时 展开对 当前实 际使 用常见的成型连接 件 ( 如螺栓 ， 栓钉 等) 的性能测试， 建立相应的评价标准和测 试 体 系 。 具 体 为： ( 1 ) 开展钉 、 螺栓金属连接件和其他销类与 国产木材连 接性能 的研 究 掌握这 些基础连接件 的连接特性， 既能为我 国制定木一 混凝土组合结构连接设计规 范提供基 本的数据 又能为我 国进 一步开展木一 混 凝土组合结构 连接性能的研 究 奠 定 基 础 。 ( 2 ) 针对我 国大量使用 人工林 木材作结构用材 的特点， 明确其连接性 能， 并在 此基础上， 设 计研制具有 自主产 权的 专用连接 件， 建立 国产木结构建筑 的连接设计体系， 为我国 人 工 林 木 材 在 木结 构方 面应 用 提 供 依 据 。 ( 3 ) 针对 国内外现有 的各种木结构建筑连接件， 建立与 国际有关规范相接轨又符合我 国实 际发展状况 的分 类标 准 、 性能评价和测试体系， 在质量上进行 把关 。 参考文献 【 1 】 S t e i n b e r g E ， S e l l e R ， F a u s t T C o n n e c t o r s f o r t i m b e r l i g h t w e i g h t - c o n c r e t e c o m p o s i t e s t r u c t u r e s J 】 J o u r n a l o f S t ruc t u r a l E n g i n e e ri n g 2 0 0 3 ， 1 2 9 ( 1 l 1 ： 1 5 3 81 5 4 5 2 Ma r t i n S Mu n g w a ， J e a n F r a n c ? o i s J u l l i e n ， A m o s F o u d j e t ， G u y H e n t g e s ， E x p e ri m e n t a l s t u d y o f a c o m p o s i t e w o o d c on c r e t e be a m wi t h t h e I NS A Hi h i n e w fle x i b l e s h e a r c o n n e c t o r J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s 1 3 1 9 9 9 ： 3 7 1 - 3 8 2 【 3 】 K H o l s c h e m a c h e r ， S K l o t z ， DWe i b e ， A p p l i c a t i o n o f S t e e l F i b r e Re i n f o r c e d Co n c r e t e for Ti mbe r-Co nc r e t e Co mp os i t e Co ns t ru c t i o ns ，La c e r ，No 7，2 0 02： 1 61 1 70 4 】 B ruc e L D e a m ； Ma s s i m o F r a g i a c o m o ； A n d r e w H B u c h a n a n C o n n e c t i o n s f o r c o mp o s i t e c o n c r e t e s l a b a n d L VL fl o o ri n g s y s t e ms【 J M a t e r i a l s a n d S t ruc t u r e s ， 2 0 0 8 ( 4 1 ) ： 4 9 5 5 0 7 越 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m