结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究.pdf

第 19 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.19 No.3Mar.2024中 国 科 技 论 文CHINA SCIENCEPAPER结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究陈智强，廖文远，戴必辉，周翔，余国伟，储宗瑞（西南林业大学土木工程学院，昆明 650224）摘 要：为了研究螺栓连接及结构胶+螺栓复合连接方式下型钢-胶合木组合梁的受力性能，通过建立有限元三维实体模型进行参数化分析，改变螺栓间距、设置加劲肋及翼缘连接方式等参数，研究其对组合梁刚度、承载力和变形能力的影响规律和破坏机制。结果表明：钢-胶合木组合梁的破坏特征主要包括端部界面脱胶翘起、螺栓剪切及翼缘木材螺孔塑性变形和钢板局部屈曲；在组合梁上下翼缘外表面受拉压应力集中现象较为明显，施加荷载过程中，螺栓孔洞处会改变临近钢材和木材应力应变传递和分布路径，且容易首先发生屈服破坏；结构胶+螺栓复合连接可以有效增强组合梁的整体刚度，屈服荷载增幅为30.65%，可充分发挥翼缘承载能力。关键词：钢-胶合木组合梁；胶螺连接；内聚力单元；受力性能；参数分析中图分类号：TU398+.6 文献标志码：A文章编号：2095-2783（2024）03-0313-10开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Study on mechanical properties of composite beams hybridly connected by structural glue and boltsCHEN Zhiqiang，LIAO Wenyuan，DAI Bihui，ZHOU Xiang，YU Guowei，CHU Zongrui（College of Civil Engineering，Southwest Forestry University，Kunming 650224，China）Abstract：To study the mechanical properties of steel-wood composite beams under bolted connections and adhesive bonding combined with bolted connections，a three-dimensional finite element solid model was established to carry out parametric analysis.Parameters such as bolt spacing，stiffener and flange connection were set up to study the influence laws and failure mechanisms on the stiffness，the bearing capacity and deformation capacity of the composite beams.The results show that the failure characteristics of steel-glulam composite beams mainly include degumming and warping in end interface，bolt shear，plastic deformation of flange wood，and local buckling of steel plate.The tensile and compressive stress concentrations are obvious on the outer surface of the upper and lower flange of the composite beam，and the stress and strain transfer and distribution path near the steel and wood will be changed at the bolt hole during the loading process，and the yield failure is easy to occur first.The composite connection of structural adhesive and bolt can effectively enhance the overall stiffness of the composite beam，the bearing capacity of the flange can be fully used due to a 30.65%increase of the yield load.Keywords：steel-glulam composite beam；glue screw connection；cohesion unit；mechanical performance；parameter analysis钢-胶合木组合梁作为一种新型的组合结构构件，通过将胶合木和型钢有效连接形成组合作用，共同受力，既能充分发挥型钢强度高、性能稳定和装配化程度高的优点，也能发挥胶合木轻质高强、节能环保的特点1-2。胶合木的柔韧性可以提升组合梁的抗震性能，钢则可以改善木梁本身易发生脆性破坏和变形大的缺点，钢-胶合木组合梁能兼顾现代建筑物的实用性与观赏性3，也符合目前建筑行业提倡的“绿色建筑与建筑节能”的可持续发展理念4，还能优化结构的整体承载机制，提高截面组合效率，提高结构的整体刚度和承载能力5-7。目前，针对钢-胶合木组合梁的研究成果不多，已有成果中，国内外学者提出了多种类型的钢-木组合梁形式，并从连接方式、截面设计及补强措施等方面开展研究，分析了不同参数下钢-木组合梁的抗弯、抗剪承载能力，峰值荷载，初始刚度及界面滑移等主要受力性能。李玉顺等8-9提出了外包型钢的钢-竹组合梁，开展了腹板宽度、翼缘厚度及剪跨比等变量参收稿日期：2023-07-03基金项目：国家自然科学基金资助项目（52268051）；云南省教育厅科学研究基金资助项目（2023J0714）第一作者：陈智强(1999)，男，硕士研究生，主要研究方向为钢木组合结构通信作者：廖文远，副教授，主要研究方向为钢混组合结构，第 19 卷 中 国 科 技 论 文数对复合梁受剪性能影响的试验研究，发现该组合梁刚度、承载性能显著提升，受力性能优越，同时试验数据拟合计算公式与实际吻合度较高。姚宇航等10采用一种创新的胶合木包裹冷弯薄壁型钢的新型箱形界面组合梁，并运用ABAQUS有限元软件，研究了影响组合梁抗弯性能及其破坏机理的因素。刘德贵等11进行了H型钢-木组合梁的3种组合连接界面推出试验，以连接方式为变量，分析了其破坏形式、荷载-位移曲线和有效抗滑移刚度。陈爱国等12采用H形钢为骨架、翼缘黏结木板构成工字形截面的钢-木组合梁，通过分析腹板高度、钢梁翼缘厚度和宽度、木板厚度等参数，探究了组合梁承载力和抗弯刚度等性能。李荣帆等13研制了一种浆锚栓钉连接的钢-正交胶合木组合梁，探究了栓钉直径、槽口间距和排布等参数对其抗滑移性能和抗弯性能的影响。综上所述，目前已有研究中针对钢-胶合木组合梁的研究成果还不多，仅有的一些是针对尺寸及组合形式的，对混合型连接方式的研究还不够。因此，有必要对钢-胶合木组合梁的连接性能进行研究。本文提出一种基于胶螺连接的型钢-胶合木组合梁，并对其受力性能进行研究，以螺栓间距、加劲肋、结构胶化学连接与螺栓机械连接方式等作为主要参数，分析其对组合梁受力性能的影响，探索其破坏机制和承载能力，为实际工程设计和应用提供参考。1有限元模型1.1本构关系与材料属性木材本构关系：本文选用的胶合木属于一种各向异性非均质材料，受压作用下产生延性变形，拉剪受力时容易发生脆性破坏，不同方向刚度与强度不同，其各参数较难精准分析，因此，在模拟研究木材时采用各向异性弹塑性材料模型14-18，在有限元软件中采用Engineering Constants方法的弹性系数（表1）来定义木材纵向（L）、径向（R）、弦向（T）3个主方向的弹性系数（图 1），在超过弹性阶段进入塑性阶段时，通过Hill s potential函数19定义其塑性阶段的屈服准则，将此阶段木材认定为弹塑性横观各向同性，木材顺纹与横纹本构关系（式（1）、式（2）分别采用简化后的应力-应变线性强化三折线和双折线曲线模型（图2）。cs=csEcs，0cscc；cs=fcu，cccscu；ts=tsEts，0tstu。（1）c=cEb，0ccc；c=fc，90，ccccu。（2）式中：cs为顺纹受压应变；Ecs为顺纹受压弹性模量；cc为应力达到顺纹（横纹）极限抗压强度fcu（fc，90）时的应变；fcu为顺纹极限抗压强度；cu为顺纹（横纹）受压极限应变；ts为顺纹受拉应变；Ets为顺纹受拉弹性模量；tu为顺纹受拉极限应变；c为横纹受拉应变；Eb为横纹受压弹性模量；fc，90为横纹极限抗压强度。钢材和螺栓本构关系：钢材与螺栓均属于各向同性材料，采用三折线本构关系的弹塑性模型（图3），多线性等向强化计算方程表达式如式（3）所示，钢材采用Q235冷弯薄壁钢且屈服强度为268 MPa，螺栓20使用表1胶合木弹性参数Table 1Elastic parameters of glulamE1/MPa10 161E2/MPa176E3/MPa176120.355130.457230.413G12/MPa637G13/MPa624G23/MPa28注：E为弹性模量；为泊松比；G为切变模量；下标数字1、2、3分别表示木材纵、弦、径3个主方向。L纵向；T弦向；R径向；LR径切向；LT弦切向；RT横切向。图1木材剖面主方向Fig.1Main directions of wood profileftu顺纹极限抗拉强度。图2木材顺纹和横纹本构模型Fig.2Constitutive relationship model of grain and transverse grain of wood314陈智强，等：结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究第 3 期4.8级普通螺栓且屈服强度为320 MPa，弹性模量均为2105 MPa，泊松比为0.31。二者皆采用各向同性材料模型的经典von Mises屈服准则，钢材和螺栓在确定的变形条件中，材料应力分量满足一定关系，达到某等效应力大小时，说明材料进入塑性屈服阶段。结构胶本构关系：采用环氧树脂21，其具体参数见表2，腹板处木材与冷弯薄壁钢界面粘结整体受力效果较好，采用内聚力应力-位移本构模型（图4）对胶层进行模拟，在有限元软件中使用cohesive单元接触的方式来模拟钢材与木材之间的粘结滑移作用，设置方法相对简便快捷，较为真实地反映了实际接触条件状况，使用二次名义应力Quads Damage准则（式（4）和B-K准则来判断模拟胶层的初始失效损伤和损伤演化。=Es，0y；fy，yh；fy+Es(-h)，h。（3）(nmaxn)2+(smaxs)2+(tmaxt)2=1。（4）式中：Es为钢材的弹性模量；y为钢材屈服应变；h为钢材的强化应变（h=12y）。1.2有限元模型建立本文采用ABAQUS创建三维有限元实体单元模型和简支梁模型。单元选取：使用C3D8R单元模拟冷弯薄壁钢，C3D20R单元模拟木材上下翼缘和腹板，cohesive内聚力单元和螺栓分别使用COH3D8与C3D8I单元，充分考虑不同材料各自的特性，选取适合的单元和模型，从而更为精准地模拟钢材与木的受力和变形行为。网格划分：模型整体网格大小设置为 40 mm40 mm，网格划分情况如图 5（a）所示；对胶合木与螺栓接触区域进行局部网格细化处理（图5（b）。螺栓设置：模拟螺栓时忽略较为复杂的螺纹，将螺帽、螺母与螺杆一体化建模，采用简化螺栓模型，如图5（c）所示。边界条件设置：单独释放一端UR1方向的转动自由度以及另一端U3平动和UR1方向转动自由度来模拟简支梁模型。支撑点和加载点钢板设置为钢性垫板。接触设置：为了精确模拟组合梁实际试验边界条件状况，腹板处木材与薄壁型钢界面采用cohesive内聚力单元模拟结构胶粘结行为和界面相对滑移，薄壁型钢、加载垫块和支撑垫块与上下翼缘木材离散化方法定义为surface to surface接触行为。摩擦系数采用常用设计参数，其中钢-木摩擦系数为0.35，木-木摩擦系数为0.6022-24。2试验验证2.1试件设计为了验证有限元分析结果的可靠性，对 3根型钢-胶合木组合梁进行了试验，试件设计参数见表3。试件翼缘采用螺栓连接，腹板采用环氧树脂粘结，组合梁设计界面由3块原木组成“工字钢”型截面，再将冷弯薄壁钢通过环氧树脂结构胶与中间腹板木材进行化学粘结固定，上下翼缘处通过普通 4.8 级螺栓机械连接组合成整体复合梁，如图 6 和图 7 所图3钢材三折线本构模型Fig.3Three-fold constitutive model of steel表2环氧树脂胶材料参数Table 2Material parameters of epoxy resin adhesiveEs/MPa1 500G1/MPa1 500G2/MPa1 500maxn/MPa13.6maxs/MPa13.7maxt/MPa13.7GN/(J mm-2)0.32GS/(J mm-2)0.41GT/(J mm-2)0.41注：GN、GS、GT分别为材料在法向和2个切向的能量释放率；maxn、maxs、maxt分别为cohesive单元法向和2个切向对应的最大临界应力。max最大牵引力；om损伤开始时的位移；fm牵引力为0时的位移。图4环氧树脂胶内聚力本构模型Fig.4Cohesive force constitutive model of epoxy resin adhesive图 5试件网格划分Fig.5Grid division of specimens315第 19 卷 中 国 科 技 论 文示。在组合梁支撑点和加载点设置钢板，支撑垫板距离端部 100 mm，加载垫块设置在全梁三分点处，间距为 600 mm，以便于施加荷载，组合梁全长均为2 200 mm，计算跨径为 2 000 mm，木材腹板厚度为25 mm，螺栓距离纵向边距20 mm，并且首排螺孔距离梁端200 mm。2.2加载方案试验采用四点弯曲的加载方案，加载试验在500 kN万能试验设备上进行，并由电子位移计记录位移，通过架设分配梁实现集中荷载两点对称加载方式，分配梁、分配梁垫块等设备自重共计0.695 kN并计入加载荷载总值，试验采用每级计算极限荷载10%大小进行力移荷载程序控制自动分级加载模式，并且每级荷载施加结束后保持5 min，再对组合梁进行数据采集和试验现象观察记录。试验两点加载装置如图8所示。2.3试验与有限元结果对比通过对试件进行有限元模拟，分别提取出组合梁（L-1、L-2、L-3）跨中荷载-位移曲线，并与试验数据进行对比分析。有限元与试验结果对比见表 4，可知，将翼缘胶合木厚度增至35 mm和将腹板高度增至175 mm后，组合梁屈服荷载增幅分别为21.85%和 68.87%，说明在材料和连接相同的条件下，增加腹板高度可以有效提高组合梁的承载力，试验与有限元结果在屈服荷载、挠度及极限荷载方面吻合情况较好，误差控制在12%以下的范围内。有限元与试验荷载-位移曲线如图9所示，可以看出，荷载加载前期曲线基本吻合，后期有限元荷载明显偏高，这是由于有限元模拟属于理想状态条件下的模型，而实际存在胶合木为非均质材料的缺陷、结构胶制作与螺栓安装工艺等问题。3型钢-胶合木组合梁受力性能参数分析为研究钢-胶合木组合梁在四点弯曲试验中的破坏模式与损伤机理，采用有限元对组合梁进行数值模拟，总计建立了8根组合梁，试件设计参数见表5。为增强组合梁整体承载能力，防止发生倾覆和屈曲表3试验试件参数Table 3Parameters of test specimen试件编号L-1L-2L-3螺栓间距/mm360360360上下翼缘木材厚度/mm203520钢板厚度/mm222U型钢截面/mm40+125+4040+125+4040+175+40胶合木腹板厚度/mm252525图7组合梁截面设计Fig.7Section design of composite beam图6组合梁整体Fig.6Whole composite beam图8试件两点加载装置Fig.8Two-point loading device of specimen表4有限元与试验结果对比Table 4Comparison of finite element and experimental results试件编号L-1L-2L-3屈服荷载试验值/kN29.6536.1350.07模拟值/kN31.5138.9452.75误差/%5.97.25.1屈服挠度试验值/mm11.2312.429.76模拟值/mm10.1211.379.91误差/%11.09.2 1.5极限荷载试验值/kN44.2650.3178.25模拟值/kN48.8253.4583.61误差/%9.35.96.4316陈智强，等：结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究第 3 期破坏，在支撑点处加设加劲肋用于稳固，加劲肋厚度为 3 mm，中间处螺栓间距（S）分别为 300、360、450 mm，木材翼缘螺栓钻孔分布如图10所示。研究螺栓间距、钢板设置加劲肋和结构胶化学连接与螺栓机械连接方式等因素对组合梁受力性能、承载力和变形能力的影响，并进行对比和参数化分析。3.1型钢-胶合木组合梁破坏特征分析胶螺连接的型钢-胶合木组合梁在四点弯曲试验位移加载过程中通过Mises应力云图表现出的破坏特征如下：1）翼缘钢木界面滑移及脱胶翘起（图 11（a）。当木材翼缘与U型镀锌钢采用纯螺栓机械连接方式时，虽然施加了螺栓预紧力，但是在位移荷载施加过程中仍会产生界面的部分滑移，原因在于螺栓数量不够以及螺栓预紧力施加力度不足，在同时采用螺栓和环氧树脂胶复合连接方式时，界面滑移大大减少并且整体承载能力较好，但是在螺栓数量较少与结构胶连接不充分时，端部胶合木容易在受力状态下发生脱胶翘起现象。2）翼缘木材螺孔的塑性变形和钢板局部屈曲（图11（b）。由于在实际试验中，螺栓和钢材产生的应力破坏较少，主要变形发生在刚度较小的木材螺栓孔洞处。截取试件 C-2 上翼缘胶合木中性轴面2处螺栓孔洞分析其应力分布，在纯弯段处孔洞主要由于螺栓预紧力产生压缩变形，当处在剪弯段时，在受力作用下，螺栓和螺栓孔洞所在局部应力集中导致不可逆的塑性变形和挤压变形的现象，以至于产生松动、间隙等影响应力传递的不良因素。2处螺栓孔洞最大应力分别为43.62、50.33 MPa，均发生在螺孔横向两端（图12），应力沿着梁长方向向两端逐级递减，由此随着位移荷载的持续施加和螺杆的挤压，图9有限元与试验荷载-位移曲线Fig.9Test and finite element load-deformation curves图11组合梁破坏特征Fig.11Failure phenomenon of composite beams图10木材翼缘螺栓钻孔分布Fig.10Borehole distribution of wood flange bolt表5组合梁设计参数Table 5Composite beam design parameters试件编号A-1A-2A-3B-1B-2C-1C-2C-3螺栓间距/mm300360450360360300360450翼缘木材厚度/mm2020202020202020钢板厚度/mm22222222单侧加劲肋个数22246222U型钢截面/mm40+125+4040+125+4040+125+4040+125+4040+125+4040+125+4040+125+4040+125+40翼缘连接方式螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接螺栓连接+结构胶螺栓连接+结构胶螺栓连接+结构胶317第 19 卷 中 国 科 技 论 文胶合木在螺孔处容易形成纵向劈叉裂缝，而在组合梁纯弯段区域，特别是在纯螺栓连接方式下，由于纵向的相对错位运动和弯曲变形趋势导致螺孔两侧钢板容易发生局部屈曲。3）螺栓的剪切变形（图11（c）。螺栓在整体受力过程中主要承受剪切破坏和轴向拉伸破坏，在纯弯段处螺栓受轴向拉伸为主，在弯剪段处螺栓受剪切应力影响较大，螺栓剪切破坏主要发生在钢材和木材交界处即螺杆与螺帽处，由于发生局部滑移产生错位导致螺栓发生剪切变形，其中，螺栓有限元积分点应力的最大值为281.883 MPa，没有达到螺栓极限屈服应力，故未发生明显破坏。3.2冷弯薄壁钢应力分析试件C-2在四点弯曲试验三分点加载条件下对应的Mises应力云图如图13所示。应力发展变化情况如下：由于上一个分析步的螺栓预紧力的施加，导致所有螺栓孔周围的应力集中较为明显，呈现放射状向四周扩散，在Load分析步位移荷载施加第12步时，螺栓处应力在横向发展较为明显，加载板区域翼缘的应力明显大于型钢腹板处，这是由于翼缘螺栓开洞和加载板的直接作用，产生了受力集中现象（图13（a）；当位移荷载继续增加，在第13分析步时，纯弯段处上下型钢开始屈服，由加载板和梁端跨中向梁端延伸（图13（b）；位移荷载继续加载，在第16分析步时，钢材上下翼缘大面积屈服，已经出现向型钢腹板发展屈服的趋势（图13（c）；最后，到达第40分析步时，加载板所在位置上下翼缘和腹板完全屈服，同时应力向两侧逐渐减少，跨中腹板应力呈现椭圆状中心分布且逐级递增（图13（d）。3.3胶合木应力分析选取试件C-2型钢-胶合木组合梁腹板和上下翼缘顺纹方向的应力云图对胶合木受力行为进行分析和研究，如图14所示。在位移荷载施加初期，上翼缘图12胶合木螺栓孔应力Fig.12Hole stress of glulam bolt图13冷弯薄壁钢应力云图Fig.13Stress variation nephogram of U-shaped galvanized steel plate318陈智强，等：结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究第 3 期跨中段上表面受压，翼缘下表面受拉，并且两者的应力均大于翼缘内两侧表面应力，内两侧表面与腹板连接性能较好，均匀合理地分摊了所承受的荷载以减少应力的集中分布，同时下翼缘端部支撑板处应力集中较为明显（图14（a）。此时的腹板在加载板之间区域应力分布较为均匀，应力较小主要是由于钢材刚度较大，前期分担了大部分荷载，与木材一起协同变形，同时由云图清晰可见端部螺栓处腹板的应力提前产生，再次说明螺栓影响了翼缘到腹板应力应变的传递路径和方向（图14（b）。在位移荷载施加后期，翼缘的纯弯段螺栓孔内产生较大的应力集中，最大应力值达59.92 MPa，已经大于胶合木的顺纹抗压强度值，发生屈服破坏，呈现为蝴蝶状交叉延伸发展，由图14（c）发现，腹板跨中处表面的应力（由上至下）分别为 47.06、39.83、37.62、44.55 MPa，明显说明上下表面受力大于中间内部两侧，容易首先发生屈服（图14（c）。此时加载点腹板上下处应力较为集中，拉压应力极限值发生的这2处，应力大小较为相近，分别为50.71 MPa和50.40 MPa，腹板其他部位均未达到屈服强度极限值（图14（d）。3.4螺栓间距对组合梁受力性能的影响以试件A-2为标准试件且螺栓间距为360 mm，并将螺栓间距调整为300 mm和450 mm，通过有限元后处理提取组合梁的跨中荷载-位移曲线（图15）进行对比分析，有限元分析结果见表6。可知：3条曲线前期弹性阶段几乎重合，说明螺栓数量对于钢木组合梁弹性阶段抗弯刚度的提升效果有限，对应在11.23 mm位移处的屈服荷载也十分接近，最大值和最小值相差4.98 MPa；螺栓间距取450 mm时，承载力明显下降，翼缘胶合木未能发挥作用，因此在保证足够数量螺栓的前提下对组合梁整体极限屈服承载能力的提升有限；进入屈服后期时，螺栓间距为300 mm的组合梁延性和抗变形能力更好，整体结构承载能力发挥作用更充分。因此，在考虑实际经济效益时并不是螺栓数量越多越好，需要选择性价比更好的螺栓组合间距，在本研究中螺栓间距为300 mm更为合理。3.5加劲肋对组合梁受力性能的影响在标准试件A-2的基础上，在2个加载板处的钢图14胶合木应力云图Fig.14Stress variation nephogram of glulam表6螺栓间距组合梁有限元分析结果Table 6Bolt spacing composite beam finite element试件编号A-1A-2A-3螺栓间距/mm300360450屈服荷载/kN32.2231.5127.24幅值/%02.20 15.46图15不同螺栓间距组合梁荷载-位移曲线Fig.15Load-displacement curves of composite beams with different bolt spacing319第 19 卷 中 国 科 技 论 文板腹板处加设厚度为3 mm的Q235钢材加劲肋，用于改善试件A-2的承载能力；同样在试件B-1的基础上，在距端部 350 mm 的两侧增加加劲肋得到试件B-2，其他参数不变。加劲肋组合梁荷载-位移曲线如图16所示，有限元分析结果见表7。可知：在弹性阶段加设加劲肋后的曲线与原试件曲线基本吻合，说明加劲肋对组合梁刚度和承载力影响不大，屈服荷载增强幅度最大仅为 3.24%，但是进入屈服阶段后，组合梁的承载能力得到部分提升，这是由于U型镀锌钢腹板加载点设置加劲肋对其跨中应力和变形均能产生明显的影响，能够提高组合梁跨中的强度，改善由于螺栓孔洞造成的应力集中，减少螺孔周边钢板局部屈曲，在施加位移荷载为 16.30 mm时，跨中未设置加劲肋的组合梁的最大应力为294.6 MPa，明显高于加设加劲肋组合梁的最大应力278.6 MPa，同时加劲肋也导致组合梁跨中的应力集中区域发生变化，使得应力场分布更加均匀（图17）。此外，加劲肋还能够改善组合梁的疲劳性能和抗震性能，显著提高结构的性能和可靠性。3.6翼缘连接方式对组合梁受力性能的影响在标准试件 A-2的基础上，以翼缘连接方式作为变量，对螺栓连接和结构胶+螺栓复合连接的方式进行模拟分析，不改变其他参数，通过提取组合梁的荷载-位移曲线（图18）进行对比，有限元分析结果见表8。可知：结构胶+螺栓复合连接方式下的屈服荷载比单一螺栓连接方式下平均提升30.65%，在弹性阶段，组合梁承载力刚度和屈服强度均得到较为显著的改善和提高，进入屈服阶段后，结构胶+螺栓复合连接方式下组合梁的承载力和延性提升较大，螺栓连接在结构胶的加强下，其屈服阶段曲线明显比单一螺栓连接方式下的曲线倾斜程度更大，最突出的为试件A-3和C-3，增幅达35.87%，较为直观地说明了结构胶可提高组合梁的整体性，进一步发挥翼缘胶合木的富余承载能力。陈科材25研究得出，结构胶+螺栓复合连接的方式效果更好，主要以抗剪为主；本文组合梁以抗弯为主要作用，结果同样表明结构胶+螺栓复合连接的方式对钢木组合梁的承载力提升显著。4结 论本文针对胶螺连接的钢-胶合木组合梁的受力性能，采用有限元软件三维实体建模模拟分析和探讨表7加劲肋组合梁有限元分析结果Table 7Stiffened composite beam finite element试件编号A-2B-1B-2单侧加劲肋数量246屈服荷载/kN31.5132.2032.53幅值/%02.193.24图17钢板腹板应力云图Fig.17Stress nephogram of steel plate web图18连接方式荷载-位移曲线Fig.18Connection mode load-displacement curves表8连接方式组合梁有限元Table 8Joint mode composite beam finite element试件编号A-1C-1A-2C-2A-3C-3翼缘连接方式螺栓连接结构胶+螺栓复合连接螺栓连接结构胶+螺栓复合连接螺栓连接结构胶+螺栓复合连接屈服荷载/kN32.2241.8631.5139.7527.2437.01幅值/%029.92026.15035.87图16加劲肋组合梁荷载-位移曲线Fig.16Load-displacement curves of stiffened composite beams320陈智强，等：结构胶与螺栓混合连接的型钢-胶合木组合梁受力性能研究第 3 期了组合梁的破坏机制和影响承载力的变量因素，得到如下结论：1）胶螺连接型钢-胶合木组合梁在四点弯曲试验加载方式下的破坏特征包括翼缘钢木界面滑移和脱胶翘起、翼缘木材螺孔的塑性变形和钢板局部屈曲、螺栓的剪切变形，为后期试验改进提供了参考。2）荷载施加前期，冷弯薄壁钢分担较多荷载，由翼缘传递至腹板，螺栓孔洞的存在对其应力传递和分布产生明显影响。胶合木在支撑板和加载板应力集中明显且上下两侧应力始终大于内侧，屈服破坏首先发生在跨中螺栓孔洞处，在实际设计时需要合理设置螺栓孔洞直径和位置的排布。3）缩小螺栓间距、跨中设置加劲肋和改变翼缘连接方式可在一定程度上增强组合梁极限承载能力和改善变形程度，延迟进入屈服阶段的破坏进程。结构胶+螺栓复合连接方式显著提高了组合梁的整体刚度和极限承载力，增幅平均高达 30.65%，同时增强了组合梁延性性能，改善了变形程度，为钢-胶合木组合梁后续设计与优化提供了分析借鉴。（由于印刷关系，查阅本文电子版请登录：http: 陆伟东，杨会峰，刘伟庆，等.胶合木结构的发展、应用及展望J.南京工业大学学报（自然科学版），2011，33（5）：105-110.LU W D，YANG H F，LIU W Q，et al.Development，application and prospects of glulam structures J.Journal of Nanjing University of 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