配筋木-混凝土组合梁受弯性能试验分析

刘卫成 ，彭乐宁 （湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

0 前言

木-混凝土组合结构将混凝土、木材两种材料通过剪力连接件组成结构共同受力。混凝土板受压、木梁受拉，充分发挥材料性能[1]。该组合结构在欧美国家获得了广泛应用。John Brody[2]、陈春、胡夏闽等人[3-5]对组合梁增强筋进行了静力试验研究。因组合结构刚度小，在荷载作用下变形较大，故可在木梁中配筋以提高其刚度。本文通过在木梁底嵌入不同面积的钢筋制作三根组合梁并进行试验，研究配筋对组合梁极限承载能力和抗弯刚度的影响。

1 木-混凝土组合梁设计

1.1 试验参数

本文共设计了4组试件（不配筋，配2根φ14钢筋，配2根φ16钢筋，配2根φ18钢筋），4组试件编号依次为 TCC、TCCφ14、TCCφ16、TCCφ18。试件截面尺寸如图1，设计参数如表1。

图1 试件横截面尺寸（mm）

试件设计参数一览表 表1

1.2 加载方案与测量内容

4组试件均采用单调静力两点对称加载，预加载为15kN，正式加载分级加载，加载初期每级5kN，当梁挠度达到6mm(L/600)后,每级2.5kN。每级加载完成后静止2min后采集数据。组合梁加载如图2所示。

图2 组合梁加载示意图（mm）

测量内容：①跨中挠度，②交界面滑移。百分表测点布置如图3所示。

图3 百分表布置图（mm）

2 木-混凝土组合梁试验现象与数据分析

2.1 试验现象

4组试件均为脆性破坏，破坏均由木梁拉裂开始，加载集中力作用处混凝土板横向开裂，受压区混凝土板强度未达到材料破坏极限承载能力。

2.2 组合梁荷载-挠度曲线

跨中截面组合梁荷载-挠度曲线如图4所示，加载初期，跨中截面挠度与荷载呈线性关系，为弹性变形。随着荷载增大，跨中截面挠度增速大于荷载增速，挠度与荷载呈非线性关系。配筋梁较未配筋的组合梁，其极限承载力显著提高，但其抗弯刚度提升效果较极限承载力增加效果差。

图4 组合梁荷载-挠度曲线

图5 组合梁界面滑移对比曲线

2.3 组合梁交界面滑移曲线

组合梁由剪力连接件将木梁与混凝土板连接成整体而共同受力。在荷载作用下，交界面会产生纵向水平抗剪力，剪力连接件会产生变形，从而使组合梁交界面产生相对滑移。图5为4组试件在极限荷载作用下交界面滑移图，竖轴S表示交界面相对滑移量，横轴表示距跨中截面的纵向距离。由对比图可以得到如下结论：配筋面积增大，组合梁极限承载力提高，交界面最大界面滑移量增大。

2.4 分析及讨论

组合梁静力加载试验结果如表2，My为弹性阶段组合梁受弯承载力；Mu为破坏阶段组合梁极限承载力；fy为My所对应跨中截面挠度值；fu为Mu所对应跨中截面挠度值；Su为极限承载力荷载作用下组合梁梁端界面最大滑移值。

3 结论

①木-混凝土组合梁刚度、极限承载力随配筋面积正相关，且刚度提高效果较极限承载能力提高效果差。较未配筋的组合梁 TCC，TCCφ18、TCCφ16、TCCφ14极限承载力分别增大了63.0%、48.1%、37.0%；抗弯刚度分别增大了41.3%、33.9%、27.8%。

组合梁试验结果 表2

②木-混凝土组合梁破坏均为脆性破坏，钢筋屈服前，木梁底应变与钢筋应变一致，对组合梁抗弯刚度增强效果显著，消除组合梁受载时刚度不足缺点。

③木-混凝土组合梁配筋面积增大，组合梁极限承载力提高，交界面最大界面滑移量增大。