劉德貴，陳科材，王 寧，李建春

(1 西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，綿陽(yáng) 621010；2 工程材料與結(jié)構(gòu)沖擊振動(dòng)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，綿陽(yáng) 621010；3 四川省宜賓市公路局，宜賓 644500；4 石榴置業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 102488)

0 引言

木材作為傳統(tǒng)建材，可再生、綠色環(huán)保、節(jié)能、強(qiáng)重比(強(qiáng)度/比重)高、加工能耗低，由其構(gòu)建的木結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性和抗倒塌能力較好，且裝配化程度高，宜居舒適，保溫節(jié)能、環(huán)保效應(yīng)顯著[1-3]，符合高性能可持續(xù)結(jié)構(gòu)發(fā)展方向。但木材存在彈性模量低，隨時(shí)間增長(zhǎng)強(qiáng)度退化，力學(xué)性能受蠕變影響大，易出現(xiàn)裂縫，并受環(huán)境影響易腐蝕和蟲蝕等性能缺陷[4-6]，單獨(dú)采用木材修建純木結(jié)構(gòu)，其承載力、剛度、延性和耐久性等性能有待于提高。眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者已探索采用木與鋼材及其他材料組合形成木組合構(gòu)件，鋼木組合梁是其中的一種；如：Jerzy Jasieńko 等[7]提出了在木梁內(nèi)部或外側(cè)置入鋼板后形成鋼木組合梁。Mcconnell E等[8]通過試驗(yàn)說明了后張拉鋼筋-木組合梁的受彎承載力較純木梁高。Julio Soriano 等[9]通過對(duì)稱置入鋼筋形成鋼筋-木組合梁，明顯提高了層合木梁的極限受彎承載力和剛度。Hassanieh A等[3,10]進(jìn)行了足尺CLT鋼木組合梁、層積材(LVL)鋼木組合梁的四節(jié)點(diǎn)受彎性能試驗(yàn)，探明了CLT鋼木組合梁和層積材(LVL)鋼木組合梁的荷載-位移關(guān)系曲線、短期剛度、極限承載力和失效模式等受力性能。我國(guó)學(xué)者李玉順等[11-12]也提出了工字形截面和箱形截面的鋼竹組合梁；陳愛國(guó)等[13]提出了焊接H型鋼-木組合梁。然而，鋼木組合梁的承載力性能受其界面連接性能影響較大，連接界面受力性能顯得尤為重要。Asiz A等[14]對(duì)正交層合木板與鋼框架梁間的螺釘連接進(jìn)行了連接性能試驗(yàn)，結(jié)果表明螺釘連接可以很好地保證CLT樓板和鋼梁共同工作。Hassanieh A 等[15-17]針對(duì)所提出的CLT木組合梁，采用推出試驗(yàn)進(jìn)行了鉚釘、螺釘、高強(qiáng)螺栓、粘接-螺栓等四種不同鋼-木組合連接的受力性能試驗(yàn)，推導(dǎo)了可用于分析荷載滑移失效模式的計(jì)算公式；并對(duì)所提出的組合連接開展了數(shù)值模擬分析研究。Cristiano Loss 等[18]針對(duì)鋼梁和CLT板的不同連接方式開展了推出試驗(yàn)研究，獲取了各不同連接方式的荷載-滑移關(guān)系、失效模式、峰值荷載和延性等，結(jié)果表明，所提出的連接方式具有優(yōu)越的非彈性變形能力。Marcin Chybiński等[19]對(duì)所提出的鋁木組合梁的螺釘連接方式開展了推出試驗(yàn)研究，確定了連接界面的抗滑移模量和極限承載力等參數(shù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者李玉順等[20]對(duì)所提出的鋼竹組合梁的連接界面開展了推出試驗(yàn)研究，并提出了鋼-竹界面剪應(yīng)力與相對(duì)滑移計(jì)算公式，明確了鋼-竹復(fù)合膠結(jié)型界面的受力性能。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了各種鋼木組合梁，針對(duì)其截面組合形式、組合連接方式和受力性能等開展了研究，獲得了諸多價(jià)值研究成果。但現(xiàn)有的鋼木組合梁都還存在不同程度的不足之處，如：易出現(xiàn)粘接-連接失效，截面組合效率低，鋼材外露，易受環(huán)境影響，出現(xiàn)鋼材銹蝕，耐久性不易保證等亟待解決的主要問題。其中也有采用工字形、H型鋼等與木組合形成的鋼木組合梁，但該類鋼木組合梁，主要是在工字形鋼或H型鋼的翼緣上粘貼或采用剪力連接件組合翼緣木材而形成鋼木組合梁，且多數(shù)情況所采用的工字形鋼或H型鋼本身就具有很大的承載力和抗彎剛度，在翼緣上粘貼或連接木翼緣相對(duì)鋼梁來說，抗彎承載能力提高幅度有限，節(jié)省鋼材和木材的效果不甚明顯。

因此，本文提出了新型內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁(圖1，2)，在截面組合方式上，將薄壁H鋼腹板內(nèi)置，以保證大部分鋼材不外露，提高組合梁的耐久性；組合連接方式采用腹板連接螺栓、翼緣抗剪連接螺釘和環(huán)氧樹脂AB粘膠共同組合連接的形式實(shí)現(xiàn)腹板木板、翼緣木板和薄壁H鋼的有效組合；材料使用上，上下翼緣使用抗壓、抗拉強(qiáng)度較高的木材，與H型鋼翼緣鋼板組合，形成可提供較大抗彎承載力和剛度的翼緣，腹板部位可以采用抗壓、抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低的木材，以減少高強(qiáng)木材的使用量，物盡其用，最終達(dá)到節(jié)約木材和經(jīng)濟(jì)成本的效果。

圖1 內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁截面示意圖

圖2 內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁示意圖

連接界面受力性能是影響內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁承載力的重要因素，為尋求合理有效的組合連接界面方式，以及明確所提出抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面的力學(xué)性能，進(jìn)行了單純抗剪螺釘連接界面、單純環(huán)氧樹脂粘膠連接界面、抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面的推出試驗(yàn)，探索內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁連接界面的受力機(jī)理和受力性能，并提出連接界面抗剪承載力計(jì)算公式。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

(1)木材采用加勒比松，含水率為13.88%，干密度為0.662g/cm3；順紋抗壓強(qiáng)度為36.88MPa，順紋抗拉強(qiáng)度為113.90MPa，抗彎強(qiáng)度為68.78MPa，抗彎彈性模量為8 290.48MPa，順紋方向泊松比為0.526。

(2)薄壁H鋼：采用1.5mm厚的Q235號(hào)鍍鋅鋼板，通過切割焊接成H鋼(圖3)；經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，鍍鋅鋼板的抗拉強(qiáng)度屈服值為268.15MPa，極限抗拉強(qiáng)度為348.22MPa，彈性模量為2.07×105MPa，泊松比為0.3。

圖3 薄壁H鋼

(3)環(huán)氧樹脂AB膠：試驗(yàn)測(cè)定其抗拉強(qiáng)度為43.10MPa，彈性模量為1 110MPa，泊松比為0.38。

(4)自攻螺釘：試驗(yàn)采用直徑4，5mm普通鐵制自攻螺釘(M4.8級(jí))和不銹鋼自攻螺釘(M8.8級(jí))，螺釘長(zhǎng)度為50mm(圖4)。

圖4 自攻螺釘

(5)腹板連接螺栓：薄壁H鋼腹板與腹板木板通過Q235號(hào)材質(zhì)4.8級(jí)普通螺栓連接(圖5)，其長(zhǎng)度為80mm。

圖5 腹板連接螺栓

1.2 試件設(shè)置

主要進(jìn)行了單純螺釘連接(圖6)、單純環(huán)氧樹脂粘膠連接(圖7)、抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接的試件推出試驗(yàn)(圖8)，試件參考文獻(xiàn)[10,16]中鋼木組合梁的抗剪螺釘直徑和間距進(jìn)行縮尺，并參考文獻(xiàn)[12]中的鋼竹組合梁的截面尺寸，具體設(shè)置如下：

圖6 單純螺釘連接試件

圖7 單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件

圖8 抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接試件

(1)單純的抗剪螺釘連接推出試驗(yàn)共6個(gè)試件，以螺釘材質(zhì)(普通鐵制抗剪螺釘和不銹鋼制抗剪螺釘)，螺釘直徑(4，5mm)，螺釘間距(100，150，200mm)為因素進(jìn)行單純抗剪螺釘連接界面受力性能試驗(yàn)。

(2)單純的環(huán)氧樹脂粘膠連接推出試驗(yàn)共4個(gè)試件，以粘膠寬度(木翼緣寬度)和粘膠長(zhǎng)度(木翼緣長(zhǎng)度)為因素進(jìn)行單純粘膠界面受力性能試驗(yàn)。

(3)抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)共7個(gè)試件，以螺釘間距(單純螺釘連接試驗(yàn)優(yōu)選出的螺釘材質(zhì)、直徑)及粘膠長(zhǎng)度、粘膠寬度(木翼緣寬度)、翼緣木材厚度為因素進(jìn)行抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面受力性能試驗(yàn)。

1.3 加載及測(cè)試方案

推出試驗(yàn)在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行(圖9)，試驗(yàn)前，對(duì)試件實(shí)施預(yù)加載，然后參照ASTMD 1761—88[21]的相關(guān)規(guī)定，采用位移控制實(shí)施單調(diào)加載，加載速度為1mm/min。

圖9 加載實(shí)景照片

通過測(cè)試試驗(yàn)過程中荷載、木翼緣與腹板部分(薄壁H鋼與木腹板組成)的相對(duì)位移數(shù)據(jù)，整理成界面抗剪承載力荷載-位移關(guān)系曲線；分別在試件左右翼緣自上而下粘貼三組應(yīng)變片(編號(hào)M1～M6)以測(cè)試木翼緣應(yīng)變，在薄壁H鋼的左右內(nèi)側(cè)自上而下也分別粘貼三組應(yīng)變片(編號(hào)G1～G6)以測(cè)試薄壁H鋼翼緣應(yīng)變(圖10)。荷載、位移和應(yīng)變數(shù)據(jù)均采用DH3 816N靜態(tài)應(yīng)變采集儀采集。

圖10 應(yīng)變測(cè)試

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果

2.1 單純抗剪螺釘連接推出試驗(yàn)

6個(gè)單純抗剪螺釘連接推出試驗(yàn)試件的薄壁H鋼翼緣和腹板厚度均為1.5mm，腹板木板高度和厚度分別為140mm和30mm，翼緣木板寬度和厚度分別為140mm和30mm。主要進(jìn)行包括抗剪螺釘材質(zhì)、直徑和抗剪螺釘間距影響的推出試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

單純抗剪螺釘連接推出試驗(yàn)試件參數(shù) 表1

6個(gè)單純抗剪螺釘連接試件試驗(yàn)過程和破壞現(xiàn)象基本一致，加載到一定荷載大小時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的劈裂響聲(此時(shí)荷載定義為界面開裂荷載)，隨著荷載施加，連接界面發(fā)生了明顯的滑移錯(cuò)位現(xiàn)象，隨后翼緣木板與薄壁H鋼翼緣分離，連接螺釘被拔出，荷載加至極限荷載(圖11中荷載-位移曲線中的峰值荷載)時(shí)，試件破壞。最終除試件J3表現(xiàn)為螺釘被剪斷的破壞形態(tài)外，其余試件均表現(xiàn)為翼緣木板銷孔有明顯的局部擠壓變形，螺釘拔出并有明顯彎曲變形的破壞形態(tài)(圖12)。試件J1～J4，J7，J8的荷載-位移關(guān)系曲線如圖11所示。荷載-位移關(guān)系曲線上升段基本呈線性變化，定義有效抗滑移剛度Ks，0.6[15]為(60%峰值荷載-10%峰值荷載)/(60%峰值荷載對(duì)應(yīng)位移-10%峰值荷載對(duì)應(yīng)位移)，經(jīng)整理可得各試件的開裂荷載、極限荷載及有效抗滑移剛度如表2所示。

圖11 單純抗剪螺釘連接試件荷載-位移關(guān)系曲線

圖12 單純抗剪螺釘連接試件破壞形態(tài)

通過對(duì)比試件J1與J2、試件J3與J4的荷載-位移關(guān)系曲線及相應(yīng)的開裂荷載和極限荷載可知，隨著抗剪螺釘直徑的增加，抗剪螺釘連接界面承載力增加；通過對(duì)比試件J1與J3、試件J2與J4的荷載-位移關(guān)系曲線及相應(yīng)的開裂荷載、極限荷載和有效抗滑移剛度可知，不銹鋼制抗剪螺釘連接性能優(yōu)于普通鐵制抗剪螺釘。對(duì)比試件J4，J7和J8的荷載-位移關(guān)系曲線及相應(yīng)的開裂荷載、極限荷載和有效抗滑移剛度可知，試件J4(抗剪螺釘間距為150mm)的開裂荷載、極限荷載和有效抗滑移剛度明顯大于試件J7和J8(抗剪螺釘間距分別為100mm和200mm)的開裂荷載、極限荷載和有效抗滑移剛度。試驗(yàn)結(jié)果表明，如采用單純的抗剪螺釘連接，可采用間距為150mm，直徑為5mm的不銹鋼制抗剪螺釘，可以使單純螺釘連接界面具有較大的極限承載力和抗滑移剛度。

單純抗剪螺釘連接試件承載能力特征值 表2

2.2 單純環(huán)氧樹脂粘膠連接推出試驗(yàn)

4個(gè)單純環(huán)氧樹脂粘膠連接推出試驗(yàn)試件的薄壁H鋼翼緣和腹板厚度也均為1.5mm，腹板木板高度和厚度亦分別為140mm和30mm。試驗(yàn)主要研究粘膠寬度(翼緣木板寬度)和粘膠長(zhǎng)度(翼緣木板長(zhǎng)度)(圖13)對(duì)連接界面受力性能的影響，試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表3所示。

圖13 單純環(huán)氧樹脂粘膠連接推出試件

4個(gè)單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件試驗(yàn)過程和破壞現(xiàn)象基本一致。加載過程中，粘膠界面會(huì)出現(xiàn)細(xì)微粘膠界面脫膠聲響，加載到一定荷載時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的粘膠脫膠聲響(此時(shí)荷載定義為界面開裂荷載)，隨著荷載的繼續(xù)增加，連接界面發(fā)生明顯的滑移錯(cuò)位現(xiàn)象，隨后翼緣木板與薄壁H鋼翼緣分離，荷載達(dá)到峰值荷載(極限荷載)，試件破壞。試件破壞形態(tài)表現(xiàn)為翼緣木板與薄壁H鋼的分離。試件J5，J6，J9，J10的荷載-位移關(guān)系曲線如圖14所示。由圖14可知，試件J5，J6，J9，J10荷載-位移關(guān)系曲線上升段也基本呈線性變化，并定義了與單純螺釘連接具有相同意義的有效抗滑移剛度Ks，0.6。

單純環(huán)氧樹脂粘膠連接推出試驗(yàn)試件參數(shù) 表3

圖14 單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件荷載-位移關(guān)系曲線

對(duì)于單純粘膠連接，可定義界面粘接強(qiáng)度τ公式如下：

(1)

式中：τ為粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；P為極限荷載，kN；b為翼緣木材寬度，mm；l為粘膠長(zhǎng)度，mm。

試件J5，J6，J9，J10的開裂荷載、極限荷載、有效抗滑移剛度和粘接強(qiáng)度如表4所示。

單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件承載能力 表4

由圖14荷載-位移關(guān)系曲線可知，單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件的荷載-位移關(guān)系曲線形態(tài)基本一致，各試件開裂荷載和極限荷載較為接近，試件破壞具有明顯的脆性破壞特征。綜合圖14和表4可知：粘膠寬度和粘膠長(zhǎng)度越大，即粘接界面面積越大，連接界面承載力、有效抗滑移剛度越大。單純的環(huán)氧樹脂粘膠界面的粘接強(qiáng)度變化不大，粘接強(qiáng)度約為0.15MPa。

2.3 抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)

7個(gè)抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)試件的薄壁H鋼翼緣和腹板厚度也均為1.5mm，腹板木板高度和厚度分別為140mm和30mm，所有試件均采用直徑為5mm的不銹鋼制抗剪螺釘和環(huán)氧樹脂粘膠以實(shí)現(xiàn)翼緣木板和薄壁H鋼的連接。本組試件主要研究翼緣木板寬度(粘膠寬度)、粘膠長(zhǎng)度、翼緣木板厚度和抗剪螺釘間距對(duì)連接界面的受力性能影響，試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表5所示。

7個(gè)抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)試件同樣存在較一致的試驗(yàn)現(xiàn)象和破壞形態(tài)(圖15(a))。隨荷載的施加，試件界面會(huì)逐步出現(xiàn)細(xì)微劈裂聲響，且隨荷載施加出現(xiàn)較大的界面分離劈裂聲響，并出現(xiàn)肉眼可見粘膠層開裂現(xiàn)象(此時(shí)荷載定義為開裂荷載)；隨荷載繼續(xù)施加，連接界面滑移量增大，粘膠開裂也逐步變寬，隨后試件加載至峰值荷載(定義為極限荷載)，之后連接界面抗剪承載力逐步降低，表現(xiàn)出明顯的滑移，最后翼緣木板與薄壁H鋼翼緣完全分離，翼緣木板銷孔有明顯的局部擠壓變形，抗剪螺釘被拔出，螺釘呈彎曲變形形態(tài)。典型破壞形態(tài)如圖15(b)所示。

抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)試件參數(shù) 表5

圖15 抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)試件破壞形態(tài)

由于抗剪螺釘間距決定了試件的粘膠長(zhǎng)度，因此將7個(gè)抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)試件結(jié)果分別以抗剪螺釘間距(粘膠長(zhǎng)度)、翼緣木板寬度(粘膠寬度)和翼緣木板厚度作為影響因素，整理出相應(yīng)的荷載-位移關(guān)系曲線，如圖16所示。各試件的開裂荷載、極限荷載和有效抗滑移剛度Ks，0.6，如表6所示。

抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接試件抗剪承載能力 表6

圖16 抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接推出試驗(yàn)試件荷載-位移關(guān)系曲線

對(duì)比分析試件J11，J12和J13的荷載-位移關(guān)系曲線及相應(yīng)的開裂荷載和極限荷載可知，隨著抗剪螺釘間距(粘膠長(zhǎng)度)的增加，連接界面的開裂荷載和極限荷載先增大而后減小，抗剪螺釘間距為150mm，粘膠長(zhǎng)度為300mm的抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面承載力最大，與單純抗剪螺釘連接的抗剪螺釘合理間距(150mm)一致。對(duì)比試件J12，J14和J15的荷載-位移關(guān)系曲線及相應(yīng)的開裂荷載和極限荷載可知，隨翼緣木板寬度的增大，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面抗剪承載力隨之增大，翼緣木板寬度為160mm時(shí)，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面抗剪承載力最大。試件J16，J12，J17相對(duì)應(yīng)翼緣木板的厚度分別為20，30，40mm，相應(yīng)的抗剪螺釘嵌固于腹板木材的長(zhǎng)度分別為28.5，18.5，8.5mm，即翼緣木板厚度代表著抗剪螺釘嵌固于腹板木材的長(zhǎng)度。對(duì)比試件J16，J12和J17的荷載-位移關(guān)系曲線和相應(yīng)的開裂荷載、極限荷載和有效抗滑移剛度可知，在抗剪螺釘長(zhǎng)度一定的情況下，翼緣木板厚度越大，抗剪螺釘嵌固于腹板的長(zhǎng)度越小，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面抗剪承載力及抗滑移剛度隨之減小。

2.4 三種連接方式對(duì)比分析

對(duì)比具有相同翼緣木板寬度(140mm)和厚度(30mm)的單純環(huán)氧樹脂粘膠、單純抗剪螺釘及抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接試件J4，J6和J12(J4，J6和J12具有相同的粘膠長(zhǎng)度和相同的抗剪螺釘間距)的荷載-位移關(guān)系曲線(圖17)可以發(fā)現(xiàn)，在加載初期，單純抗剪螺釘連接試件的荷載-位移關(guān)系曲線呈線性，隨后曲線斜率略微降低，加載至接近極限荷載時(shí)，曲線出現(xiàn)了短暫的波動(dòng)狀態(tài)，表現(xiàn)為抗剪螺釘?shù)那?，但是隨著螺釘?shù)陌纬龊徒缑娴姆蛛x，界面很快喪失抗剪承載力。單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件的粘膠連接界面，在加載初期荷載-位移關(guān)系曲線斜率較小，隨后表現(xiàn)為緩慢增大現(xiàn)象，隨后曲線斜率基本穩(wěn)定，荷載-位移關(guān)系呈線性關(guān)系，加載至極限荷載后，因粘膠連接呈脆性破壞特征，曲線呈直線下降，界面很快喪失抗剪承載能力。而抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接試件的荷載-位移關(guān)系曲線加載初期曲線斜率介于單純抗剪螺釘連接試件和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件之間，荷載-位移關(guān)系基本呈線性關(guān)系，加載至極限荷載的25%左右時(shí)，曲線斜率略微增加，隨后荷載-位移關(guān)系曲線也基本呈線性關(guān)系，當(dāng)荷載增加至粘膠破壞時(shí)，曲線斜率出現(xiàn)很快的下降，而后表現(xiàn)為單純的螺釘抗剪，曲線斜率又繼續(xù)增大，當(dāng)加載至極限荷載后，曲線斜率出現(xiàn)較快的下降；當(dāng)加載下降至極限荷載的60%左右時(shí)，曲線呈近水平狀發(fā)展，隨后逐步下降并喪失承載力。

圖17 三種不同連接方式荷載-位移關(guān)系曲線

綜合前述試驗(yàn)現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接綜合了單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的受力特性，避免了單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的脆性破壞特征，相對(duì)于單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接表現(xiàn)出更高承載力，并具有很好的延性和界面殘余抗剪承載力。同時(shí)對(duì)比不同連接方式的試件開裂荷載、極限荷載及有效抗滑移剛度可以發(fā)現(xiàn)，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接試件有效抗滑移剛度明顯大于單純抗剪螺釘連接試件和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接試件；因此抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接可以為內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁提供更可靠的組合連接，并可以避免單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的脆性破壞等受力性能不足。

3 組合連接界面抗剪承載力

組合連接界面一旦開裂，即標(biāo)志著界面開始破壞，從構(gòu)件的使用角度，不適合承受更大的荷載，且三種不同的組合界面開裂荷載也接近極限荷載，為此定義組合界面開裂荷載為界面抗剪承載力。

分析組合界面抗剪承載力組成，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面抗剪承載力主要包括螺釘抗剪力、環(huán)氧樹脂粘膠界面粘接力以及界面摩阻力，如忽略界面摩阻力，則界面抗剪承載力主要由螺釘抗剪力和粘膠界面粘接力組成，因此界面抗剪承載力F公式可表達(dá)為：

F=F粘+F螺=2τbl+fvA螺

(2)

式中：F粘為粘膠界面粘接力，kN；F螺為螺釘抗剪力，kN；τ為粘膠粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；b翼緣木材寬度，mm；l為粘膠長(zhǎng)度，mm；fv為螺釘抗剪強(qiáng)度，MPa；A螺為組合連接界面所有螺釘?shù)慕孛婷娣e，A螺=nπd2/4，其中n為自攻螺釘數(shù)目，d為自攻螺釘有效直徑。

對(duì)于單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接即可僅按公式中單獨(dú)的F螺和F粘進(jìn)行估算。

將具有相同翼緣木板寬度、厚度及相同的粘膠長(zhǎng)度和相同的抗剪螺釘間距的，但采用不同連接方式的試件分成三組：試件J4，J6，J12；試件J7，J9，J11；試件J8，J10，J13。依據(jù)上述公式對(duì)各試件界面抗剪承載力理論值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)各參數(shù)取值如下：τ=0.15MPa，fv=320MPa(8.8級(jí)螺栓)，d=14.18mm。各組試件界面抗剪承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比如表7所示。

組合界面抗剪承載力/kN 表7

由表7可以看出，對(duì)于單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接，采用所提出公式計(jì)算得出的界面抗剪承載力值與試驗(yàn)值吻合良好。試件J12剛好為抗剪螺釘間距為150mm的抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接，其理論計(jì)算值略小于試驗(yàn)值，誤差僅為5.2%，吻合良好，因此對(duì)于合理螺栓間距的抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面的抗剪承載力可采用所提出的公式進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于試件J11和J13，由于并非合理抗剪螺釘間距試件，不能將單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的組合效應(yīng)充分發(fā)揮，誤差分別為11.5%和18.3%，如采用0.85的折減系數(shù)，也可獲取與試驗(yàn)值相對(duì)吻合的計(jì)算值。

4 結(jié)論

(1)單純抗剪螺釘連接界面破壞特征主要表現(xiàn)為翼緣木板螺釘銷孔發(fā)生明顯的局部擠壓變形，螺釘拔出并出現(xiàn)明顯彎曲變形，開裂荷載與極限荷載較為接近，呈脆性破壞。單純抗剪螺釘連接的螺釘直徑和強(qiáng)度越高，連接界面抗剪承載力越高；螺釘間距為150mm時(shí)，連接界面抗剪承載力最大。

(2)單純環(huán)氧樹脂粘膠連接界面破壞特征主要表現(xiàn)為翼緣木板與薄壁H鋼翼緣滑移錯(cuò)位和分離，開裂荷載和極限荷載也極為接近，也為脆性破壞。單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的粘膠寬度和粘膠長(zhǎng)度越大，或粘接界面面積越大，連接界面抗剪承載力越高。單純的粘膠界面粘接強(qiáng)度變化不大，粘接強(qiáng)度可取0.15MPa。

(3)抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面破壞特征表現(xiàn)為粘膠層首先開裂與失效，而后界面抗剪承載力出現(xiàn)短暫的降低，然后界面可繼續(xù)承受較大界面剪力，最后翼緣木板與薄壁H鋼翼緣完全分離，翼緣木板銷孔有明顯的局部擠壓變形，抗剪螺釘被拔出并產(chǎn)生彎曲變形而破壞。

(4)抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接綜合了單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的受力特性，避免了單純抗剪螺釘連接和單純環(huán)氧樹脂粘膠連接的脆性破壞特征，連接界面表現(xiàn)出更高承載力，并具有很好的延性和界面殘余抗剪承載力?？辜袈葆旈g距為150mm，粘膠長(zhǎng)度為300mm的抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面抗剪承載力最大，翼緣木板寬度越寬，抗剪連接螺釘嵌固于腹板木板長(zhǎng)度越長(zhǎng)，抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接界面承載力越大。

(5)試驗(yàn)獲取的連接界面開裂荷載、極限荷載及有效抗滑移剛度等數(shù)據(jù)可為內(nèi)置薄壁H鋼木組合梁的計(jì)算分析提供參考。所提出的連接界面抗剪承載力公式可用于單純抗剪螺釘連接、單純環(huán)氧樹脂粘膠連接和抗剪螺釘+環(huán)氧樹脂粘膠復(fù)合連接的界面抗剪承載力計(jì)算。