使用朝向或反向滑动木材连接器的木材-石灰石复合地板
We Ndel Sebastia N 1 ; Ross Bishop 2 ; a Nd Richard Eva Ns 3
摘要:由木托梁和石灰混凝土板组成的建筑地板具有低碳环保的潜力。由于缺乏基础研究，这类楼板尚未使用。本文介绍了大型节点试验的结果，结果表明，在45度的坡度下，木螺栓对抗滑移，使板在滑移时从托梁上脱落，不仅节点表现出良好的刚度和强度，而且节点由于每个螺栓的双重弯曲和相邻的石灰石和胶合板在板-托梁界面附近的挤压而以高度延性的方式破坏。当螺栓向滑移方向倾斜45度时，节点延性显著下降，节点刚度和强度显著提高。本文还给出了一个4.6m长的四点弯曲加载的45度倾斜螺栓木梁-石灰石复合板复合材料试件的试验数据。利用实测的节点和材料本构数据进行非线性有限元分析，可以可靠地预测试件的载荷效应。通过验证有限元分析，比较了两种螺柱布置方式对试件结构特性的影响。基于材料压缩应力-应变测试数据的多项式拟合，假定木材截面的中性轴位于板内，推导出了木材截面的等效矩形应力块。最后，对该复合体系的进一步研究提出了建议。
DOI: 10.1061/?ASCE?ST.1943-541X.0000254
数据库主题:建筑物;复合结构;连接;延性;有限元分析;地板;滑移;木材。
作者关键词：建筑物;综合;连接;延展性;有限元;地板;石灰;非线性;木材。
引言
通过大量文献和研究通过大量文献和研究，在建筑和桥梁领域，木楼板和木托梁-混凝土板组合楼板实际应用基础科学，已经取得了显著的进展。这样的地板得益于外部材料的木材炭化具有良好的耐火性，从而可以保护内部混凝土材料免受快速燃烧，免受低环境冲击的影响，并且能够激发木材结构性能的优越性，而且使其具有高热质量，高刚度，良好的隔音这些优点，可以结合混凝土高抗压强度的优点。迄今为止，木托梁与相邻楼板之间已经发展出新的连接形式，这些连接的机理已经得到阐明和加强，并且已经开发出了预测模型，试图达到楼板在正常使用状态和极限状态下令人满意的性能。'连接'和'连结'这两个术语在本文中可以互换使用。
托梁和板之间的连接可以防止滑移和分离，随着连接节点滑移和分离位移的增加，托梁的运动与板的运动联系越来越紧密。在极限状态下，刚性连接使得两个构件成为一个单一的结构单元，在构件之间的界面上具有完全连续的弯曲应变。通过这种连接方式，可以显著提高托梁板体系的刚度和强度。整个截面深度的弯曲应变连续性意味着板可以完全处于压缩状态，托梁承受净拉力，而托梁和板由于这些构件之间连接约束，各自产生拉应力和压应力。这一点很重要，因为混凝土在压缩时工作良好，但在拉伸时容易出现裂缝，而木材则表现出良好的拉伸性能。
木结和其他缺陷，对木托梁楼板的极限荷载存在潜在影响是另一个重要的考虑因素。Foschi在1985年通过对几个楼板样本进行实验来研究这个问题，每个样本由多个用普通钉连接花旗松胶合板的铁杉托梁组成。他发现，楼板试件承载能力的变异性实质上小于个别托梁断裂模数的变异性，典型的楼板只有在几个托梁连续破坏后才会坍塌，这些托梁名义上相似，但实际上各自具有不同的强度。
对木托梁-混凝土板复合材料的不同类型的连接件进行了研究。Stei Nberg等人在2003年测试了木梁和轻质混凝土板之间的金属螺钉连接件。 结果表明，竖向螺钉具有较低的滑移模量，而倾斜螺钉在抗剪接头中产生张力，从而改善了连接性能。
Gutkowski等人2004年提出了一个连接形式，在托梁上切割一个缺口，并与托梁粘接一个垂直锚杆。在混凝土养护后，通过加紧锚固将板和梁拉在一起，而板和托梁之间的力则是混凝土承受，并作用在缺口处的木材上。试验表明，这种连接具有良好的拉拔和滑移特性。Clousto等人2005年提出了一种连续钢丝网连接器，这种连接器粘在木材的槽中，嵌入混凝土中，在推出测试中显示出高刚度和高延展性。Fragiacomo等人2007年提出了一种木材混凝土连接器，将钢螺栓埋进混凝土并焊接连接到金属板内，就可以拧入木托梁。他们的试验表明，连接是坚硬且牢固的，无论是从轻质混凝土还是到普通混凝土，都有利于适应材料敏感的变化，。Dias等人2007年通过实验和理论分析结果，介绍了对木材和混凝土中的钢筋节点的性能。他们报告说，使用型钢而不是光滑钢筋，大大提高了节点的强度，木材的密度和混凝土的强度达到了一个阈值。Deam等人在2008年讨论了混凝土板和单板层积材梁可能存在的一系列连接试验。通过这项研究，发现在木材中用垂直螺钉加固的矩形混凝土栓具有最好的刚度、强度。Bru N Ner等人2007年记录的实验工作中写出，湿胶粘剂涂抹在木梁上，并允许其在浇筑混凝土之前稍微凝固。在胶粘剂完全凝固之前的，试验表明其为一个近刚性连接之间的托梁和板。并且指出，这种连接的性能很大程度上取决于浇筑混凝土的高度，以及在浇筑时粘合分固化的程度。
除了这些关于节点的研究之外，还建立了可靠的模型来预测木托梁-混凝土板复合材料的荷载效应。提出了一种用非线性特性材料和连接预测部分复合混凝土桥面纤维增强胶合板梁荷载效应的数值算法。模型的输出数据与试验数据相比较，考虑到木材特性的变异性和所涉及的试样数量较少，特别是在较高的负荷下，这被认为是可靠的。Fra Ngi和Fo Nta Na在2003年举例说明了如何利用刚性-完全塑性连接的假设，在极限状态下分析或设计木材-混凝土复合材料，并发展了一种简单而可靠的预测方法。他们还提供了在木材-混凝土复合材料中不同类型的钢基连接中表现出延性性能的试验数据。Fragiacomo和Ceccotti在2006年使用数值分析对木材-混凝土组合构件的长期性能进行了研究。这个模型，使用测试得到的数据进行验证，也被用来验证随着时间推移木材热度和湿度变化对结构产生影响。在这项工作的基础上，Fragiacomo在2006巧妙地开发了一种简便的预测方法，它可以得到长期性能的基本原理。
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