鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)

1、 鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程緒 論由兩種不同性質(zhì)的材料組合成整體共同工作的構(gòu)件成為組合構(gòu)件。由組合構(gòu)件可組成組合結(jié)構(gòu)。由于兩種不同性質(zhì)的材料揚(yáng)長(zhǎng)避短，各自發(fā)揮其特長(zhǎng)，因此具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。目前研究比較成熟與應(yīng)用較多的主要是下列的鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)：壓型鋼板與混凝土組合板，.組合梁，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，外包鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)及鋼纖維混凝土等等。第1章 剪切連接1.1 概述鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，只有將兩種不同材料組合成一體才能顯示其優(yōu)越性。這種組合作用，主要是依靠?jī)煞N不同材料之間的可靠連接。連接必須能有效傳遞混凝土與鋼材之間的剪力，同時(shí)能有效抵抗兩者分離的“掀起力”

2、，才能使混凝土與鋼材組合整體，共同工作。（1）無(wú)剪切連接的情況：兩根材料、截面、剛度完全相同的矩形截面的梁，疊置在一起，中間不設(shè)任何連接，而且忽略兩梁之間截面上的摩擦力。此時(shí)，最大彎應(yīng)力的值為：，發(fā)生在每個(gè)梁的上下邊緣纖維處。梁在支座處剪力最大：。最大剪應(yīng)力：跨中最大撓度：（2）完全剪切連接的情況：上下梁完全組合成一整體，則可按截面寬度為b，高為2h，跨度為l承受均布荷載q的簡(jiǎn)支梁計(jì)算?？缰凶畲髲澗靥幍淖畲笳龖?yīng)力為：。梁在支座處剪力最大：。最大剪應(yīng)力：跨中最大撓度：可以得出結(jié)論：完全剪切連接的組合梁與無(wú)剪切連接的疊合梁相比，慣性矩與剛度大大提高。大大減小了梁截面的法向應(yīng)力與梁的撓度。這就是“組

3、合效應(yīng)”起到的主要作用。1.2連接方式組合構(gòu)件中混凝土與鋼連接應(yīng)視構(gòu)件的形式與受力性能采取不同的方式。（1）鋼管混凝土主要適用于軸心受壓構(gòu)件以及小偏心受壓構(gòu)件，特點(diǎn)是以承受軸向力尤其是軸向壓力為主。優(yōu)越性主要是利用鋼管對(duì)混凝土的約束作用使混凝土的抗壓強(qiáng)度大大提高，從而提高了構(gòu)件的承載能力，而主要并不在于用鋼管本身受壓和受彎。再則，如果梁軸壓力是同時(shí)施加于混凝土與鋼管上，而不是只作用在混凝土核心，在通過(guò)混凝土與鋼管的連接以后將應(yīng)力傳遞給鋼管。因此即使構(gòu)件剛作用荷載時(shí)，鋼管與混凝土的長(zhǎng)度有很小的差別，但在荷載較大，特別是在承受后期自然發(fā)生應(yīng)力重分布，鋼管與混凝土總能保持同樣的壓縮變形。因此，在鋼管

4、混凝土中沒(méi)有必要設(shè)置任何連接件。（2）混凝土與壓型鋼板組合板，由壓型鋼板混凝土板、抗剪連接件和鋼梁三部分組成。抗剪連接件承受混凝土樓板和鋼梁交界面的縱向剪力，抵抗相對(duì)滑移，以保證二者共同工作。主要是依靠在壓型鋼板上壓制凸凹的縱肋與槽紋起到混凝土與壓型鋼板的連接作用。壓型鋼板壓制的縱肋，不僅能增強(qiáng)粘結(jié)作用，而且能提高板材的局部剛度。組合板中一般不要求設(shè)置栓釘進(jìn)行連接，但在組合板支承于鋼梁或鋼筋混凝土梁上的支座處要求用帶頭栓釘將組合板與支承梁連接，這些栓釘一方面是將組合板固定在支承梁上，另一方面也起到抵抗板端混凝土與壓型鋼板的滑移作用，因?yàn)榻M合板的板端滑移最大。（3）混凝土板與鋼梁組成的組合梁，最

5、普遍是用焊于鋼梁上的帶頭栓釘連接。1.3剪切連接件的試驗(yàn)研究連接件的強(qiáng)度與荷載滑移關(guān)系和組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。連接件的強(qiáng)度與荷載滑移曲線一般可用推出試驗(yàn)直接測(cè)得。連接件的疲勞強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)連接件的疲勞試驗(yàn)測(cè)定。連接件的極限強(qiáng)度與混凝土的強(qiáng)度、栓釘?shù)闹睆健⑺ㄡ數(shù)牟牧蠌?qiáng)度等因素直接有關(guān)。栓釘剪力連接件的靜力強(qiáng)度大致與栓釘?shù)闹睆降钠椒胶突炷翉?qiáng)度的平方根成正比。第2章 壓型鋼板與混凝土組合樓板2.1概述壓型鋼板與混凝土組合樓板是20世紀(jì)60年代前后興起的一種新型組合結(jié)構(gòu)。最初在歐美和日本等國(guó)應(yīng)用，80年代初引入我國(guó)，近20年來(lái)已大量用于工業(yè)與民用建筑中。它既可用作樓面也可作為屋面；既可用于工業(yè)建筑，也

6、可用于民用與公共建筑，尤其在高層建筑中大量使用。隨著我國(guó)壓型鋼板的產(chǎn)量及品種發(fā)展，這種組合樓板越來(lái)越受到歡迎并得到廣泛推廣。 組合樓蓋和屋蓋采用壓型鋼板作鋪板，其在施工階段作為澆注混凝土的摸板，當(dāng)混凝土硬結(jié)后，壓型鋼板可替代或部分替代混凝土配筋。全部靜載或活載作用下，壓型鋼板與混凝土共同作用，增加了樓板的剛度。壓型鋼板按其在組合樓板中的作用可分為三類(lèi)：第一類(lèi)：壓型鋼板承擔(dān)全部荷載（包括混凝土自重），混凝土僅起分布樓板荷載、保溫、隔熱、防火、防噪音等作用。這種壓型鋼板在施工階段承受濕混凝土的重量及全部施工荷載，在使用階段則承受混凝土及面層的自重及外加使用荷載等活荷載。這一類(lèi)壓型鋼板不考慮其組合作

7、用，混凝土只視為荷載，可以按普通壓型鋼板設(shè)計(jì)。第二類(lèi)：壓型鋼板不參與使用階段的受力計(jì)算。施工時(shí)壓型鋼板承受混凝土濕重和施工荷載，使用階段由混凝土板承受全部荷載，此時(shí)的混凝土樓板與普通鋼筋混凝土樓板沒(méi)有區(qū)別，設(shè)計(jì)按普通鋼筋混凝土板設(shè)計(jì)，壓型鋼板作為永久模板留在結(jié)構(gòu)中。第三類(lèi)：考慮壓型鋼板與混凝土的組合作用。施工階段壓型鋼板作為模板及澆注混凝土的作業(yè)平臺(tái)，使用階段壓型鋼板相當(dāng)于混凝土板中的受拉鋼筋。在荷載作用下，按組合板進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。早期美國(guó)采用的組合樓板第一類(lèi)較多，此時(shí)用混凝土多為輕質(zhì)混凝土；而我國(guó)則采用第二類(lèi)較多，壓型鋼板在樓板使用階段僅為安全儲(chǔ)備。近年來(lái)，考慮組合效應(yīng)的樓板越來(lái)越多，我們這里

8、提到的組合樓板均指第三類(lèi)，即考慮組合效應(yīng)的組合樓板。組合樓板在使用階段應(yīng)具有足夠抵抗各種可能的極限破壞模式和使用的要求：正負(fù)截面抗彎能力、斜截面抗剪能力、抗沖切能力、負(fù)截面裂縫縱向抗剪（剪切滑移）等。組合樓板的優(yōu)點(diǎn)：(1) 由于壓型鋼板作為澆灌混凝土的模板，節(jié)省了大量木模板及其支撐。(2) 由于壓型鋼板非常輕便，因此堆放、運(yùn)輸及安裝都非常方便。(3) 壓型鋼板在使用階段，因其和混凝土的組合作用，可替代受拉鋼筋。因此減少了鋼筋的制作與安裝工作。(4) 由壓型鋼板組合樓板的幾何形狀所決定，組合樓板具有較大的剛度，且省去了許多受拉區(qū)混凝土，使組合樓板的自重減輕。(5) 便于敷設(shè)通信、電力、采暖等管線

9、。并且可敷設(shè)保溫、隔音、隔熱、隔震等材料，改善樓面的工作性能。(6) 由于壓型鋼板作為澆筑混凝土的模板直接支承于鋼梁上，而且為各工種作業(yè)提供了廣闊的工作平臺(tái)，因此澆筑混凝土及其他工種均可多層立體作業(yè)，大大加快了施工進(jìn)度，縮短了工期。(7) 壓型鋼板可直接作頂棚。(8) 與使用木模板相比，壓型鋼板組合樓板施工時(shí)，減小了發(fā)生火災(zāi)的可能性。2.2 壓型鋼板的形式及要求2.2.1 壓型鋼板的形式壓型鋼板不僅用作澆注混凝土的永久性摸板，而且待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，壓型鋼板與混凝土仍然共同工作。因此，在壓型鋼板表面必需設(shè)置抗剪齒槽或采取其他措施來(lái)抵抗疊和面之間的縱向剪力和垂直掀起力。壓型鋼板常見(jiàn)的形式可

10、以分為三類(lèi)：(a) 閉口形槽口的壓型鋼板，為了增強(qiáng)剪切粘結(jié)效應(yīng)，有時(shí)還在鋼板腹板上開(kāi)洞。(b) 開(kāi)口形槽口壓型鋼板，在其腹板翼緣上軋制凹凸槽紋作為剪力連接件；(c) 開(kāi)口形槽口壓型鋼板，同時(shí)在它的翼緣上另焊附加鋼筋，以增強(qiáng)抗剪切粘結(jié)能力。圖21 壓型鋼板與混凝土的組合連接2.2.2 壓型鋼板受壓翼緣的有效寬度翼緣有效寬度經(jīng)驗(yàn)公式：2.2.3 對(duì)壓型鋼板的構(gòu)造要求壓型鋼板厚度應(yīng)不小于0.7mm。加勁肋的剛度要滿足條件：。組合樓板用壓型鋼板凈厚度不應(yīng)小于0.75mm（不包括鍍層）；僅作模板使用時(shí)不小于0.50mm。組合樓板用壓型板，其澆混凝土平均槽寬wr不小于50mm；開(kāi)口式壓型鋼板以板中和軸位置

11、計(jì)，閉口板以按上槽口寬度計(jì)；當(dāng)槽內(nèi)放置栓釘時(shí)，壓型鋼板總高h(yuǎn)a（包括壓痕）不應(yīng)超80mm。組合樓板總厚度h不小于90mm，壓型鋼板板肋頂部以上混凝土hc不小于50mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于c20。下列情況下需配筋：為組合樓板儲(chǔ)備承載力；連續(xù)板或懸臂板受力負(fù)鋼筋； 集中荷載區(qū)或孔洞周?chē)?；為改善防火性能；為保證組合作用，將剪力連接筋焊于壓型鋼板上翼緣（剪力筋在剪跨區(qū)內(nèi)設(shè)置，間距150300mm）。連續(xù)板組合板按簡(jiǎn)支設(shè)計(jì)時(shí)，抗裂鋼筋不應(yīng)小于混凝土截面的0.2%；從支撐邊緣算起，抗裂鋼筋的長(zhǎng)度不應(yīng)小于跨度的l/6，且必須與不少于5根的分布鋼筋相交?？沽唁摻钭钚≈睆綖?mm，最大間距150，順肋方向抗裂

12、鋼筋保護(hù)層厚度為20，與抗裂鋼筋垂直的分布鋼筋直徑不應(yīng)小于抗裂鋼筋直徑的2/3，其間距不應(yīng)大于抗裂鋼筋間距的1.5倍。組合樓板在集中荷載處應(yīng)設(shè)置橫向鋼筋，其面積不應(yīng)小于肋上混凝土面積的0.2%，其延伸寬度不小于集中荷載分布的有效寬度bm。需要提示的是，國(guó)外（美國(guó)）在設(shè)計(jì)組合樓板時(shí)，一般在壓型鋼板頂部配置溫度鋼筋。因?yàn)榛炷恋撞吭趬盒弯摪謇叽怪狈较驔](méi)有任何約束，因此需配置溫度鋼筋進(jìn)行約束。壓型鋼板在鋼梁、混凝土剪力墻或混凝土梁上的支撐長(zhǎng)度不小于50mm，在砌體上的支撐長(zhǎng)度不小于75mm。組合樓板端部應(yīng)設(shè)置栓釘錨固件。栓釘應(yīng)設(shè)置在端支座的壓型鋼板凹肋處，穿透壓型鋼板并將栓釘、壓型鋼板均焊牢與鋼梁（

13、預(yù)埋鋼板）上。栓釘直徑可按下列規(guī)定采用：跨度小于3m的板，栓釘直徑宜為1316mm；跨度小于36m的板，栓釘直徑宜為1619mm； 跨度大于6m的板，栓釘直徑宜為119mm。焊后栓釘高度應(yīng)大于壓型板波高加30mm，栓釘釘面混凝土保護(hù)層厚度不小于1.5mm。組合樓板端部錨固，宜采用栓釘焊接，將焊釘穿透壓型鋼板與鋼梁或預(yù)埋件焊成一體。2.3組合板的承載能力計(jì)算2.3.1組合板的破壞模式1. 彎曲破壞2. 縱向水平剪切粘結(jié)破壞這主要是因?yàn)榛炷僚c壓型鋼板的界面抗剪切粘結(jié)滑移強(qiáng)度不足，使兩者界面成為組合板薄弱環(huán)節(jié)。在組合板未達(dá)到極限彎矩以前，界面喪失抗剪切粘結(jié)能力，產(chǎn)生過(guò)大的滑移，失去組合作用。破壞特

14、點(diǎn)是，首先在靠近支座附近的集中荷載處混凝土出現(xiàn)斜裂縫，混凝土與壓型鋼板開(kāi)始發(fā)生垂直分離，隨即壓型鋼板與混凝土喪失抗剪切粘結(jié)能力，產(chǎn)生較大的縱向滑移。3. 沿斜截面剪切破壞當(dāng)組合板的高跨比很大、荷載比較大，尤其是在集中荷載作用時(shí)，發(fā)生支座最大剪力處沿斜截面剪切破壞。因此在較厚的組合板中，當(dāng)混凝土的抗剪能力不足時(shí)也應(yīng)設(shè)置鋼箍以抵抗剪力。2.3.2組合板的承載能力計(jì)算1. 施工階段的承載能力計(jì)算施工階段按照鋼結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)算壓型鋼板。荷載包括壓型鋼板自重、濕混凝土的自重及施工時(shí)機(jī)具、人員等一切活荷載。壓型鋼板按照單向板只驗(yàn)算沿縱向的強(qiáng)度。當(dāng)不加臨時(shí)支撐時(shí)，按彈性方法，壓型鋼板的正截面抗彎承載力應(yīng)滿足：。2

15、. 使用階段承載能力的計(jì)算混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，混凝土與壓型鋼板實(shí)現(xiàn)預(yù)期的組合效應(yīng)，即可按照組合板進(jìn)行計(jì)算。荷載包括壓型鋼板及混凝土自重、面層及構(gòu)造層的重量、樓板下吊掛的天棚、管道等的重量以及樓面上的設(shè)備與使用活荷載等。使用階段承載能力計(jì)算包括：(1) 正截面受彎承載力的計(jì)算：正截面計(jì)算時(shí)，yb9238-92規(guī)程將混凝土抗壓強(qiáng)度和鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別乘以折減系數(shù)0.8。其原因是考慮到作為受拉鋼筋的壓型鋼板沒(méi)有混凝土保護(hù)層，以及中和軸附近材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮等因素，對(duì)材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值給予折減。組合樓板設(shè)計(jì)經(jīng)常需要參考asce規(guī)范，需要注意的是，我國(guó)規(guī)范中0.8的折減系數(shù)，與asce中強(qiáng)度折減系數(shù)不是同

16、一概念。正截面計(jì)算時(shí)的三種破壞形態(tài)，即：適筋梁破壞、中和軸在壓型頂部鋼板混凝土內(nèi)的超筋梁破壞和中和軸在壓型鋼板截面內(nèi)的超筋梁破壞。(2) 縱向水平剪切粘結(jié)計(jì)算：由于選用壓型鋼板時(shí)，多數(shù)情況下不取決于承載力，而是取決于施工條件，可能會(huì)出現(xiàn)縱向剪切破壞，特別是隨著高強(qiáng)度鋼材的使用出現(xiàn)抗彎能力高于縱向抗剪能力的可能性增大。影響縱向抗剪能力的因素較多，最為主要的是壓型鋼板的截面以及表面情況，yb9238-92只規(guī)定了剪力粘結(jié)系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定，但沒(méi)有規(guī)定由誰(shuí)給出，也為給出標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法；而jgj98-99未規(guī)定驗(yàn)算抗剪切滑移，因此在組合樓板設(shè)計(jì)中，我國(guó)設(shè)計(jì)人員基本上不進(jìn)行縱剪能力驗(yàn)算。關(guān)于剪切滑移計(jì)算，在我

17、國(guó)沒(méi)有得到足夠的重視，原因是以往我國(guó)組合樓板設(shè)計(jì)一般都是把壓型鋼板作為永久模板使用；再有把次梁間距限制在2.5m以內(nèi)，絕大多數(shù)組合樓板都被撓度控制，極限承載力遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的承載力，因此沒(méi)有必要計(jì)算剪切滑移。(3) 斜截面剪切承載能力計(jì)算：（均布荷載下）；（集中荷載下）。(4) 局部荷載作用下的沖切計(jì)算：。2.4組合板的變形計(jì)算2.4.1施工階段變形計(jì)算施工階段壓型鋼板應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，不應(yīng)變形過(guò)大。變形可按彈性方法計(jì)算。2.4.2使用階段變形計(jì)算按組合板進(jìn)行變形驗(yàn)算。2.5 壓型鋼板組合樓板計(jì)算2.5.1 次梁間距（板跨）的確定設(shè)計(jì)組合樓板時(shí)首先遇到的問(wèn)題就是如何確定次梁間距，一般根據(jù)建筑要求

18、定為1.8m、2.1m、2.4m、2.5m、2.8m、3.0m ；我國(guó)設(shè)計(jì)人員一般將其控制在2.5m以內(nèi)，美國(guó)一般將其控制在68英尺（1.82.4m）。為了防止樓板顫動(dòng)，asce對(duì)板跨高比作出了限制：簡(jiǎn)支板 l/h22 雙跨板 l/h27 三跨板 l/h32依據(jù)跨高比限制值，在根據(jù)建筑對(duì)樓板厚度的要求，可以很快地確定次梁間距。2.5.2 壓型鋼板選擇（1）建筑要求建筑做法，如:是否吊頂?shù)冉ㄖ蟆＃?）施工承載力要求根據(jù)施工荷載盡可能選擇施工時(shí)不使用臨時(shí)支撐或少用臨時(shí)支撐，施工荷載按實(shí)際可能的施工荷載計(jì)算。如無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可按規(guī)范荷載取值。壓型鋼板截面慣性矩計(jì)算，要特別注意如截面對(duì)稱(chēng)，正負(fù)截面慣性

19、矩相等，否則正負(fù)截面慣性矩不同。（3）混凝土板厚 關(guān)于混凝土板厚，各國(guó)規(guī)范都做出了如下規(guī)定，混凝土板厚h不小于90mm，且壓型板板肋頂部以上混凝土厚度hc不小于50mm，混凝土等級(jí)不低于c20。（4）樓板承載力要求組合樓板用壓型鋼板凈厚度：組合樓板參與承載力計(jì)算時(shí)，板厚不應(yīng)小于0.75mm，僅做模板使用時(shí)，板厚不應(yīng)小于0.5mm。（5）經(jīng)濟(jì)性壓型鋼板厚度、波高、強(qiáng)度與施工懔距（壓型板承載力）與混凝土組合樓板承載力成正比，與造價(jià)成反比。因此，應(yīng)綜合比較施工增加臨時(shí)支撐和選擇厚板、高波、高強(qiáng)壓型鋼板的費(fèi)用。同樣也應(yīng)綜合考慮，組合樓板配筋和不配筋條件下，不同壓型鋼板、樓板承載力和防火、防腐等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

20、。2.5.3 組合樓板設(shè)計(jì)的基本原則組合樓板設(shè)計(jì)除應(yīng)遵守組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則外，還應(yīng)遵守以下原則：（1） 組合樓板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩個(gè)階段施工階段：此時(shí)壓型鋼板作為混凝土澆注底模，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度和變形進(jìn)行驗(yàn)算；使用階段：此時(shí)組合樓板承擔(dān)全部荷載，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度和變形進(jìn)行驗(yàn)算；（2） 組合樓板強(qiáng)邊（順肋）方向的正彎矩和撓度，均按全部荷載作用的簡(jiǎn)支板計(jì)算（不論實(shí)際支撐如何）；強(qiáng)邊方向的負(fù)彎矩按固端板考慮；弱邊（垂直肋）方向正負(fù)彎矩均不考慮。當(dāng)壓型鋼板上混凝土厚hc100mm時(shí)，板的撓度按強(qiáng)邊簡(jiǎn)支單向板計(jì)算，板的承載力按下列規(guī)定計(jì)算： 當(dāng)0.5e2.0時(shí)，按雙向板計(jì)算；當(dāng)e2.0時(shí)，按單向板計(jì)算。e=lx/l

21、y =(ix/iy)1/4e有效邊長(zhǎng)比；板的各向異性系數(shù)；lx、ly組合板強(qiáng)邊、弱邊方向的跨度；ix、iy組合板強(qiáng)邊、弱邊方向的截面慣性矩（計(jì)算iy時(shí)，只考慮壓型鋼板肋頂上混凝土厚度hc）。(a)強(qiáng)邊方向彎矩 (b) 弱邊方向彎矩圖22 各向異性雙向板的計(jì)算簡(jiǎn)圖（3） 雙向組合板周邊的支撐條件，可按下列情況確定：當(dāng)跨度大致相等，且相鄰跨是連續(xù)的，樓板周邊可視為固定邊；當(dāng)組合樓板上澆混凝土板不連續(xù)或相鄰跨度相差較大，應(yīng)將樓板周邊視為簡(jiǎn)支邊。對(duì)于各向異性雙向板彎矩，將板形狀按有效邊長(zhǎng)比e進(jìn)行修正后，視作各向同性板彎矩。強(qiáng)邊方向彎矩，取等于弱邊方向跨度乘以系數(shù)后所得各向同性板在短邊方向的彎矩；弱邊方

22、向彎矩，取等于強(qiáng)邊方向跨度除以系數(shù)后所得各向同性板在長(zhǎng)邊方向的彎矩。雙向板設(shè)計(jì)，強(qiáng)邊方向按組合樓板設(shè)計(jì)；弱邊方向僅考慮肋上混凝土hc。第3章 鋼與混凝土組合梁3.1 概述組合梁由鋼梁、鋼筋混凝土板及兩者之間的剪切連接件組成。剪切連接件的可靠連接作用是混凝土與鋼梁是否能組合成一個(gè)整體，共同工作的關(guān)鍵。剪切連接件的主要作用時(shí)抵抗混凝土板與鋼梁疊合面上的縱向剪力，使板與梁之間不能自由滑移。組合梁根據(jù)混凝土板與鋼梁的組合連接程度可分為完全剪切連接組合梁和部分剪切連接組合梁。完全組合梁是指組合梁中配有足夠數(shù)量的剪切連接件，在組合梁截面的極限彎矩作用下所產(chǎn)生的縱向剪力，完全可以由所配的剪力連接件承擔(dān)。部分

23、組合梁是指剪力連接件所能承擔(dān)的剪力小于在截面極限彎矩下所產(chǎn)生的縱向剪力。部分剪切連接件的組合梁適用于下列情況：(1)組合梁的截面高度與鋼結(jié)構(gòu)的板件厚度不取決于截面所需的抗彎強(qiáng)度，而主要取于要求的截面剛度或板件的局部穩(wěn)定性。(2)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，組合梁中達(dá)不到極限彎矩的某些區(qū)段。組合梁充分發(fā)揮了混凝土和鋼材的有利性能，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)將鋼筋混凝土板與鋼梁組合成整體，使鋼筋混凝土板成為組合梁的一部分，因此比按非組合梁考慮，承載能力顯著提高。(2)鋼筋混凝土板組合成為全梁的一部分，因此在同樣大小鋼梁的情況下，組合梁比非組合梁豎向剛度側(cè)向剛度都明顯提高。(3)混凝土處于受壓區(qū)，鋼梁主要處于

24、受拉區(qū)，兩種不同材料都能充分發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，受力合理，節(jié)約材料。(4)由于處于受壓區(qū)的鋼筋混凝土板剛度較大，對(duì)避免鋼梁的整體與局部失穩(wěn)有明顯作用。(5)降低梁高與房屋總高。(6)使用組合梁可大量節(jié)約鋼材以致降低整個(gè)工程造價(jià)。3.2 組合梁的試驗(yàn)研究 組合梁截面的滑移為：，跨中截面x0處滑移為零，滑移應(yīng)變最大。支座截面xl/2處滑移最大而滑移應(yīng)變?yōu)榱恪?.3 組合梁施工階段的計(jì)算施工階段由于混凝土未澆注，或雖已經(jīng)澆注但未硬化達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此荷載僅由鋼梁承擔(dān)。在對(duì)無(wú)支撐施工的組合梁進(jìn)行施工階段的強(qiáng)度、穩(wěn)定與變形驗(yàn)算時(shí)，按下列荷載考慮：(1) 結(jié)構(gòu)及對(duì)無(wú)支撐模板自重：包括鋼梁自重、濕混凝土自重，如

25、果利用鋼梁支撐混凝土板的模板，應(yīng)包括模板及其支撐的自重。(2) 施工活荷載：包括人員、機(jī)具等小型工具設(shè)備的荷載。1. 鋼梁的正截面抗彎強(qiáng)度承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載時(shí)，在對(duì)強(qiáng)軸x-x的彎矩mx作用下，鋼梁的正截面抗彎應(yīng)當(dāng)滿足：在mx與my共同作用下，鋼梁的抗彎強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)滿足：；式中，mx、my為分別在靜荷載g1與活荷載q1作用下，繞強(qiáng)軸x-x與弱軸y-y的、彎矩；wnx、wny為分別為對(duì)強(qiáng)軸x-x與弱軸y-y的凈截面抵抗矩；f為鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。2. 鋼梁的抗剪強(qiáng)度計(jì)算在主平面內(nèi)受彎的實(shí)腹構(gòu)件，其抗剪強(qiáng)度應(yīng)按下式驗(yàn)算：v為由施工階段靜荷載g1與活荷載q1作用下，計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪

26、力；s為計(jì)算剪應(yīng)力處以上毛截面對(duì)中和軸的面積矩；i為鋼梁毛截面慣性矩；tw為鋼梁腹板厚度；fv為鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。3. 整體穩(wěn)定驗(yàn)算在最大剛度主平面內(nèi)受彎的構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性按下式計(jì)算：。在兩個(gè)主平面受彎的工字形截面構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性按下式計(jì)算：。wx wy為按受壓纖維確定的對(duì)x軸和對(duì)y軸全截面抵抗矩；為繞強(qiáng)軸彎曲所確定的整體穩(wěn)定系數(shù)；mx、my為考慮g1和q1作用下繞強(qiáng)軸和弱軸作用的最大彎矩。4. 變形驗(yàn)算 鋼梁處于彈性階段，不產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形，故施工階段鋼梁撓度按彈性方法計(jì)算：3.4 組合梁使用階段承載能力計(jì)算組合梁正截面強(qiáng)度計(jì)算：（1）當(dāng)塑性中和軸在混凝土翼緣板中通過(guò)時(shí)，即有：，此

27、時(shí)，組合梁正截面強(qiáng)度應(yīng)滿足：，x為塑性中和軸至混凝土翼緣板頂面的距離：。（2）當(dāng)塑性中和軸在鋼梁中通過(guò)時(shí)，此時(shí)，組合梁正截面強(qiáng)度應(yīng)滿足：， 組合梁的剪切強(qiáng)度計(jì)算：組合梁的剪切強(qiáng)度計(jì)算時(shí)認(rèn)為截面上的垂直剪力全部由鋼梁腹板承受，不考慮混凝土的抗剪作用，因此組合梁的剪切強(qiáng)度可按下式計(jì)算：。剪切連接件的計(jì)算：（1）當(dāng)塑性中和軸在混凝土板中通過(guò)時(shí)：（2）當(dāng)塑性中和軸在鋼梁中通過(guò)時(shí)：橫向鋼筋的計(jì)算。3.5 連續(xù)組合梁的承載能力計(jì)算1.內(nèi)力分析用一種簡(jiǎn)化的塑性分析方法計(jì)算內(nèi)力。即對(duì)于等截面的連續(xù)梁仍按等剛度梁，即按正彎矩塑性區(qū)組合梁的截面剛度來(lái)考慮，用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法來(lái)計(jì)算連續(xù)梁的內(nèi)力，但必須符合5個(gè)條件（p

28、64）。2.負(fù)彎矩截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算符合上述5個(gè)條件的連續(xù)組合梁達(dá)到彎矩極限強(qiáng)度時(shí)，受拉區(qū)基本均能達(dá)到鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，受壓區(qū)也能達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，只要保證足夠的剪切連接，在翼緣混凝土板有效寬度范圍內(nèi)的受拉鋼筋也能達(dá)到鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。組合梁所能抵抗的負(fù)彎矩為： ms為鋼梁所能抵抗的塑性彎矩，mr為縱向鋼筋與相應(yīng)部分型鋼所抵抗的彎矩。3.連續(xù)梁中間支座的抗剪計(jì)算連續(xù)梁中間支座仍考慮僅由鋼梁腹板來(lái)承受剪力：。4.關(guān)于穩(wěn)定問(wèn)題簡(jiǎn)支梁不存在整體失穩(wěn)問(wèn)題，鋼梁下翼緣的穩(wěn)定問(wèn)題在設(shè)計(jì)中可不必考慮。5.負(fù)彎矩區(qū)連接件的計(jì)算在各個(gè)負(fù)彎矩區(qū)段連接件的數(shù)量為：。3.6組合梁的變形計(jì)算 1.荷載效應(yīng)組合荷載

29、取標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)考慮使用階段全部永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)還應(yīng)考慮所有可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，但應(yīng)考慮可變荷載的最不利組合。2.簡(jiǎn)支梁剛度計(jì)算將混凝土板換算成鋼的同一種材料截面剛度。分兩種情況。3.連續(xù)組合梁剛度計(jì)算4.變形計(jì)算，仍按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算：。3.7裂縫控制計(jì)算3.8部分剪切連接組合梁的計(jì)算 實(shí)際工程中，組合梁的截面高度與截面大小，并非都由承受彎矩的大小所確定。例如，跨度大而荷載不大的梁，其截面高度可能是由剛度確定，即變形大小起控制作用。有部分剪切連接組合梁的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。3.9組合梁的構(gòu)造要求第4章 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)4.1概述型鋼混凝土構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼，也配有構(gòu)造鋼筋及少量受力鋼筋

30、。配鋼的型式分為實(shí)腹式和空腹式。腹式型鋼主要有工字鋼、槽鋼及h型鋼等?？崭故脚滗撌怯山卿摌?gòu)成的空間桁架式的骨架。型鋼混凝土構(gòu)件中配的是型鋼，與鋼筋混凝土構(gòu)件比含鋼率較高，因此對(duì)同等截面而言，型鋼混凝土構(gòu)件比鋼筋混凝土構(gòu)件承載能力大大提高?；炷林信渲眯弯撘院?，混凝土與型鋼兩者有相互約束作用。一方面混凝土包裹型鋼，在構(gòu)件達(dá)到承載能力前，型鋼很少發(fā)生局部屈曲，所以一般在構(gòu)件中配置的型鋼不需要加設(shè)加勁肋。另一方面，型鋼又對(duì)核心混凝土起著約束作用，尤其是配置方鋼管的閉口型鋼時(shí)，約束作用更為顯著。同時(shí)因?yàn)檎w的型鋼比鋼筋混凝土中分散的鋼筋剛度大得多，所以型鋼混凝土構(gòu)件比鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度明顯提高。型鋼

31、混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的延性與耗能性能。尤其配實(shí)腹式型鋼的型鋼混凝土構(gòu)件具有相當(dāng)好的延性及很大的耗能能力，配空腹式骨架的型鋼混凝土構(gòu)件的延性與耗能能力也比鋼筋混凝土構(gòu)件有所提高。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度剛度大，延性好，抗震能力強(qiáng)，防火防腐性能好及便于施工等優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越廣泛地被采用于高層及高聳結(jié)構(gòu)，地震區(qū)的建筑物，承受大荷載的結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)等。4.2型鋼混凝土梁正截面承載能力分析型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的顯著區(qū)別之一是型鋼與混凝土的粘結(jié)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋與混凝土的粘結(jié)力。在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，由于粘結(jié)滑移的存在，將影響到構(gòu)件的破壞形式、計(jì)算假定、構(gòu)件承載能力及剛度裂縫。型鋼與

32、混凝土的粘結(jié)滑移，通?？捎脙煞N方法處理。一是在構(gòu)件上加設(shè)剪切連接，并按照計(jì)算確定其數(shù)量，即滑移面上的剪力全由剪力件承擔(dān)，稱(chēng)為完全剪切連接，可以認(rèn)為型鋼與混凝土完全共同工作。二是不設(shè)或僅在兩端梁端設(shè)置少量剪力件，而在計(jì)算中考慮粘結(jié)滑移對(duì)承載能力的影響。方法一，雖然受力比較合理，主材的配鋼量可減少，但是剪力件的數(shù)量很多，也消耗相當(dāng)一部分鋼材。尤其栓釘?shù)暮附庸ぷ髁亢艽螅┕げ环奖?。方法二，在承載能力計(jì)算中考慮粘結(jié)滑移的影響，由于在加荷的后期存在著明顯的粘結(jié)滑移，使承載能力有所降低。在保證一定承載能力的情況下，不設(shè)栓釘?shù)牧核璧呐滗摿勘韧耆羟羞B接梁有所增加。雖然型鋼主件用量增加，但是卻省去了大量栓釘

33、的用鋼，總的用鋼量并不多，而且省去了焊接施工費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。對(duì)于空腹式角鋼骨架的型鋼混凝土構(gòu)件，雖然有縱向粘結(jié)裂縫，但是其粘結(jié)狀況明顯比實(shí)腹式型鋼構(gòu)件好，對(duì)承載能力基本沒(méi)有影響。這主要是因?yàn)樨Q、斜腹桿都為角鋼焊接，因此在計(jì)算空腹式配鋼的型鋼混凝土構(gòu)件時(shí)，可不考慮粘結(jié)滑移的影響。對(duì)于無(wú)剪力件的配實(shí)腹式型鋼的型鋼混凝土梁，在荷載達(dá)到極限荷載的80%以前，型鋼與混凝土基本能共同工作，粘結(jié)滑移影響不明顯。當(dāng)荷載超過(guò)極限荷載的80%以后，粘結(jié)滑移明顯，此時(shí)已經(jīng)不符合平截面假定，因此在承載能力計(jì)算中必須考慮粘結(jié)滑移的影響。4.2.1試驗(yàn)研究配空腹角鋼骨架的型鋼混凝土構(gòu)件比鋼筋混凝土構(gòu)件的延性大有改善。

34、4.2.2配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土梁正截面承載能力計(jì)算1.基本假定(1) 梁受力后，截面應(yīng)變?nèi)匀环掀浇孛婕俣ǎㄐ拚浇孛妫?2) 破壞時(shí)，梁受壓區(qū)邊緣的混凝土極限壓應(yīng)變。(3) 達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力圖形可取為矩形分布。其中，受壓區(qū)高度為，x0為實(shí)際受壓區(qū)高度。(4) 達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，不考慮混凝土受拉區(qū)參加工作。2.矩形截面梁的計(jì)算型鋼混凝土梁正截面強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，根據(jù)中和軸位置不同，分為三種情況：第一種，中和軸在型鋼腹板中通過(guò)；第二種，中和軸不通過(guò)型鋼；第三種，中和軸恰好在型鋼受壓翼緣中通過(guò)。由受壓區(qū)高度x和型鋼上翼緣至受壓區(qū)邊緣的距離，可判別屬于那種情況。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土

35、結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，不是根據(jù)內(nèi)力計(jì)算出鋼筋面積或型鋼面積，然后選擇配筋或型鋼的大小，而是梁斷面確定后，先配置型鋼，然后驗(yàn)算其承載能力是否滿足。對(duì)于配鋼的形式與型鋼的尺寸應(yīng)當(dāng)盡量?jī)?yōu)化，在保證安全的前提小，盡量配得構(gòu)件受力合理而且經(jīng)濟(jì)。3.t形截面梁的計(jì)算t形、工字形及倒l形截面梁的計(jì)算是類(lèi)似的，受壓區(qū)的翼緣計(jì)算寬度的取值有相應(yīng)的規(guī)定。計(jì)算時(shí)，也要分三種情況進(jìn)行。4.2.3配角鋼骨架的型鋼混凝土梁的正截面承載能力計(jì)算根據(jù)配角鋼骨架的型鋼混凝土梁的受彎試驗(yàn)分析，可以得出如下規(guī)律：(1) 配筋鋼骨架的型鋼混凝土梁其中配的是由角鋼焊成的空間封閉桁架。它對(duì)核心混凝土有較好的約束，使核心混凝土的極限壓縮變

36、形及抗壓強(qiáng)度均有所提高。(2) 由于角鋼骨架的弦桿之間用焊接的直腹桿與斜腹桿連接，這些腹桿本身也起著剪切連接件的作用，所以雖然梁在破壞前也出現(xiàn)縱向粘結(jié)裂縫，甚至有的破壞時(shí)也產(chǎn)生混凝土保護(hù)層剝落現(xiàn)象，但總的粘結(jié)性能明顯好于配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土梁柱，在配角鋼骨家的型鋼混凝土梁中，粘結(jié)問(wèn)題不是影響承載能力的突出問(wèn)題。直至破壞前，可以認(rèn)為型鋼骨架與混凝土共同工作，平截面假定仍能適用。(3) 由于角鋼骨架對(duì)核心混凝土的約束作用，使核心混凝土的抗壓強(qiáng)度及極限壓縮變形有所提高，因此雖然也產(chǎn)生一些粘結(jié)滑移，但總體來(lái)說(shuō)梁的受彎承載能力與相當(dāng)數(shù)量配筋的鋼筋混凝土梁相比，不僅沒(méi)有降低，而且還有所提高。(4) 將角鋼

37、焊接成整體的空間骨架，對(duì)核心混凝土起到良好的約束作用，因此在加荷后期，即使混凝土保護(hù)層有所剝落，但核心混凝土仍然保持很好的整體。再加上角鋼骨架的空間整體性較好，所以即使在達(dá)到最大荷載以后，空間鋼骨架和核心混凝土仍能一起支承繼續(xù)工作。因此，型鋼混凝土梁的后期變形能力和延性明顯比普通鋼筋混凝土梁好。(5) 裂縫產(chǎn)生后，開(kāi)展到受拉角鋼翼緣處即受到受拉角鋼的阻止，因此在加荷的很長(zhǎng)階段，幾乎是整個(gè)使用階段，裂縫開(kāi)展“停滯”。角鋼焊接成整體桁架，本身具有較大的空間剛度。同時(shí)空間骨架對(duì)核心混凝土的良好約束也提高了核心混凝土的剛度。由于這些原因，所以配角鋼骨架的型鋼混凝土梁比相同截面、相當(dāng)配筋的鋼筋混凝土梁，

38、剛度明顯提高，尤其在使用階段效果更為顯著。(6) 由于梁中角鋼配在梁斷面的四角，可以不需另配構(gòu)造鋼筋與鋼箍，受力性能良好。由于粘結(jié)滑移不突出，因此混凝土保護(hù)層的厚度可以比配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土梁小，和普通鋼筋混凝土梁相當(dāng)。由10個(gè)配角鋼根據(jù)試驗(yàn)分析，得出：(1) 在配鋼量合適的情況下，達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，受拉型鋼與受壓型鋼均能屈服。(2) 平均應(yīng)變平截面假定仍可適用。(3) 達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，不考慮混凝土的受拉作用。(4) 達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受壓應(yīng)力圖形可以折算為矩形應(yīng)力圖形。應(yīng)力值取fcm，極限壓應(yīng)變?nèi)?.0033。(5) 由于型鋼骨架對(duì)核心混凝土的約束作用，使得構(gòu)件承載能力提高。4.3

39、型鋼混凝土梁斜截面承載能力分析4.3.1 試驗(yàn)研究試驗(yàn)結(jié)果表明，除剪跨比較大（）的梁為彎曲控制外，其余梁均為剪切破壞。剪切破壞的形式分為三類(lèi)。1. 剪切斜壓破壞：當(dāng)剪跨比較小時(shí)（）2. 剪切粘結(jié)破壞：剪跨比較小時(shí)3. 彎剪破壞（剪壓破壞）：剪跨比較大時(shí)（），彎曲應(yīng)力影響增加。4.3.2 影響梁抗剪能力的因素1. 剪跨比影響剪跨比的變化實(shí)際反映了彎、剪作用的相關(guān)關(guān)系。試驗(yàn)研究表明，剪跨比的大小影響到剪切破壞形態(tài)。當(dāng)剪跨比很小時(shí)，一般發(fā)生剪切斜壓破壞；剪跨比較小時(shí)，發(fā)生剪切粘結(jié)破壞；當(dāng)剪跨比比較大時(shí)，彎矩起主要作用，正應(yīng)力成為影響構(gòu)件強(qiáng)度的主要因素，一般發(fā)生彎曲破壞。2. 加載方式均布荷載作用下的

40、不同跨高比的型鋼混凝土的剪切試驗(yàn)表明：跨高比對(duì)混凝土的抗剪能力以及型鋼的抗剪能力均影響不大。但集中荷載作用下型鋼混凝土梁的抗剪能力比均布荷載作用下的抗剪能力有所降低。3. 混凝土強(qiáng)度等級(jí)不管剪力作用下梁以何種形態(tài)破壞，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)都直接影響到混凝土所承擔(dān)的剪力，而且混凝土所承擔(dān)的剪力基本上與強(qiáng)度等級(jí)成線性關(guān)系。4. 含鋼率與型鋼強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)，隨著含鋼率的增加，型鋼混凝土的抗剪能力提高。含鋼率較大，由型鋼承擔(dān)的剪力較大，而且在含鋼量較大的梁中，被約束的混凝土較多，因此對(duì)提高混凝土的強(qiáng)度與變形能力都是有利的。5. 寬度比型鋼翼緣的寬度bf與梁寬b之比對(duì)型鋼混凝土梁的破壞形態(tài)與抗剪強(qiáng)度有一定

41、影響。當(dāng)bf/b較大時(shí)，型鋼約束的混凝土相對(duì)較多，對(duì)于提高梁的抗剪強(qiáng)度與變形能力是有利的。但另一方面，當(dāng)bf/b大到一定程度，較易產(chǎn)生沿型鋼上下翼緣的粘結(jié)劈裂破壞，這又是不利的。因此型鋼翼緣應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加大。6. 型鋼翼緣的保護(hù)層在型鋼外圍配置鋼箍，會(huì)增加對(duì)型鋼外圍混凝土的約束，有著明顯的效果。7. 含箍率配實(shí)腹型鋼的型鋼混凝土梁中配置一定數(shù)量的鋼箍是必要的。一方面鋼箍本身承擔(dān)一部分剪力，另一方面鋼箍對(duì)于約束混凝土的變形起著重要作用，從而使梁的強(qiáng)度與變形能力都得到改善。4.3.3 配實(shí)腹式型鋼梁的抗剪承載能力計(jì)算試驗(yàn)表明，達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，型鋼腹板首先達(dá)到屈服強(qiáng)度，而后斜壓桿混凝土被壓碎而破壞。梁的

42、抗剪承載力可統(tǒng)一表達(dá)成： ：剪切斜壓破壞可假定為拉桿拱作用機(jī)理。vc為混凝土抗力項(xiàng)，包括了剪壓區(qū)混凝土承擔(dān)的剪力、骨料的咬合力、型鋼翼緣與縱筋銷(xiāo)栓力以及型鋼與箍筋對(duì)混凝土的約束的有利影響等；vsw為型鋼腹板承擔(dān)的剪力；vsv為與斜裂縫相交的鋼箍承當(dāng)?shù)募袅Α?.3.4 配角鋼骨架梁的抗剪承載能力計(jì)算試驗(yàn)表明，型鋼混凝土梁的抗剪能力并不低于相同配箍量的鋼筋混凝土。配角鋼骨架梁的抗剪承載能力可按下式進(jìn)行： （均布荷載作用） （集中荷載作用）4.4型鋼混凝土梁的剛度變形計(jì)算4.4.1變形特點(diǎn)及影響因素通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與鋼筋混凝土梁相比，型鋼混凝土梁的荷載變形曲線有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：1. 當(dāng)型鋼混凝土梁達(dá)到開(kāi)

43、裂荷載后，在m-f曲線上沒(méi)有明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，產(chǎn)生了裂縫開(kāi)展“停滯”現(xiàn)象，這種“停滯”現(xiàn)象維持到受拉鋼筋和型鋼屈服以前，一旦鋼筋與型鋼屈服，裂縫迅速發(fā)展，高度急劇上升；2. 型鋼混凝土使用階段剛度降低較小，比較接近于線性關(guān)系。影響因素：1. 腹板的存在不僅使梁的承載力提高，同時(shí)對(duì)梁的剛度有明顯影響。2. 梁的含鋼率對(duì)梁的剛度也有明顯的影響，3. 凡是影響鋼筋混凝土梁及鋼梁剛度變形的因素，例如，截面尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、縱筋的多少、荷載作用時(shí)間等均會(huì)影響到梁的剛度與變形。4.4.2剛度計(jì)算型鋼混凝土的剛度可看成三部分的組合：為荷載短期效應(yīng)作用下型鋼混凝土的剛度；為梁中鋼筋混凝土部分的剛度；為型鋼部分的

44、剛度；為被型鋼約束的混凝土“剛心”部分的剛度。計(jì)算型鋼混凝土梁的剛度有如下假定：(2) 型鋼混凝土梁在使用荷載階段符合平截面假定；(2) 在使用荷載階段，鋼筋、型鋼和混凝土均在彈性范圍內(nèi)工作；(3) 裂縫截面不考慮受拉混凝土的作用。4.5型鋼混凝土梁的裂縫計(jì)算4.5.1抗裂度驗(yàn)算抗裂彎矩可表示為：4.5.2裂縫寬度計(jì)算裂縫分析時(shí)作假定如下：(1) 使用階段截面應(yīng)變符合平截面假定(2) 使用階段鋼筋、型鋼和混凝土均在彈性范圍內(nèi)工作(3) 開(kāi)裂截面不考慮受拉混凝土的工作(4) 非開(kāi)裂截面受拉區(qū)混凝土應(yīng)力均勻分布根據(jù)一般裂縫理論，裂縫間距與寬度不僅與粘結(jié)滑移有關(guān)，還與截面應(yīng)力梯度有關(guān)，因此與保護(hù)層的

45、厚度有關(guān)，進(jìn)過(guò)推導(dǎo)，并通過(guò)試驗(yàn)回歸，可得裂縫的平均間距模式為：有了平均裂縫間距，就可以求出鋼筋在水平處的平均裂縫寬度：和型鋼下翼緣水平處的平均裂縫寬度：，而鋼筋應(yīng)變：，型鋼應(yīng)變：代回就積分可得平均裂縫寬度： 利用一個(gè)“擴(kuò)大系數(shù)”，進(jìn)而可求得最大裂縫寬度：和。通過(guò)試驗(yàn)回歸分析，可得“擴(kuò)大系數(shù)”為：。4.6型鋼混凝土柱的正截面承載能力4.6.1軸心受壓柱根據(jù)軸向力的位置不同，也可分為軸心受壓柱和偏心受壓柱。與普通鋼筋混凝土軸心受壓柱相似：軸心受壓型鋼混凝土柱在加荷初期型鋼、鋼筋和混凝土都能較好共同工作。變形是協(xié)調(diào)的。隨著荷載的增大，沿柱縱向產(chǎn)生裂縫。荷載繼續(xù)增加，縱向裂縫逐漸貫通，分成若干小柱發(fā)生

46、劈裂破壞。在合適的配筋情況下，型鋼和縱向鋼筋能達(dá)到受壓屈服。當(dāng)加荷到極限荷載的80%以上，型鋼與混凝土的粘結(jié)滑移明顯，有明顯的縱向裂縫。無(wú)論軸心壓還是偏心受壓柱，由于混凝土對(duì)型鋼的約束，為發(fā)現(xiàn)型鋼有局部屈曲的現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮，軸心受壓柱的正截面強(qiáng)度計(jì)算公式為：式中，fc為混凝土的軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ac為混凝土的凈截面積；ass為型鋼的有效凈截面面積，即應(yīng)扣除因空洞削弱的不部分；as為縱向受壓鋼筋的截面積；fy為縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fs為型鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為型鋼混凝土柱的穩(wěn)定系數(shù)。4.6.2配實(shí)腹型鋼偏心受壓柱的試驗(yàn)研究型鋼受拉翼緣先屈服，后受壓區(qū)混凝土被壓碎而破壞，定義為

47、大偏心受壓破壞。拉壓破壞（大偏心受壓破壞）：當(dāng)加荷到一定程度，柱受拉側(cè)混凝土開(kāi)裂，出現(xiàn)基本與柱軸線垂直的橫向裂縫。荷載繼續(xù)增大，受拉鋼筋與型鋼受拉翼緣相繼屈服。此時(shí)受壓邊緣混凝土未達(dá)到極限壓應(yīng)變，荷載仍可繼續(xù)增加，一直加荷至受壓混凝土達(dá)到了極限壓應(yīng)變，逐漸壓碎剝落，柱破壞。此時(shí)，受壓較大邊的鋼筋與型鋼翼緣也都能屈服。受壓破壞（小偏心受壓破壞）：當(dāng)加荷到一定程度，受壓區(qū)混凝土邊緣或受壓較大邊混凝土邊緣壓應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變，混凝土壓潰，柱破壞。此時(shí)一般來(lái)說(shuō)受壓較大邊的鋼筋和型鋼翼緣都屈服，而距軸壓力較遠(yuǎn)一側(cè)的混凝土及鋼筋、型鋼可能受壓，也可能受拉，但是該側(cè)的鋼筋和型鋼均未達(dá)到屈服。當(dāng)混凝土受壓邊緣

48、纖維的應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變同時(shí)，型鋼受拉翼緣也達(dá)到型鋼的屈服應(yīng)變，即應(yīng)力達(dá)到屈服極限，是受壓和受拉破壞的界限，稱(chēng)為界限破壞。4.6.3配實(shí)腹型鋼大偏心受壓柱的計(jì)算4.6.4配實(shí)腹型鋼小偏心受壓柱的計(jì)4.6.5配實(shí)腹型鋼柱界限破壞時(shí)的計(jì)算以上型鋼混凝土偏心受壓計(jì)算公式的推導(dǎo)原理與普通鋼筋混凝土構(gòu)件相似。在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，承載能力計(jì)算時(shí)作如下假定：(1) 達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到混凝土極限壓應(yīng)變值。(2) 極限狀態(tài)時(shí)，混凝土壓應(yīng)力圖形折算成等效矩形應(yīng)力圖形。折算應(yīng)力的極限值取。(3) 達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受拉區(qū)應(yīng)力為零。(4) 在正常配鋼的情況下，無(wú)論哪種破壞形態(tài)，與軸壓力較

49、近一側(cè)的受拉鋼筋和型鋼受壓翼緣均能達(dá)到受壓屈服強(qiáng)度。拉壓破壞時(shí)，受拉鋼筋和型鋼翼緣均能達(dá)到受拉屈服強(qiáng)度。受壓破壞時(shí)，遠(yuǎn)離軸壓力一側(cè)的鋼筋和型鋼可能受拉也可能受壓，但其應(yīng)力均小于各自的屈服強(qiáng)度。(5) 在達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，截面應(yīng)變符合修正后的平截面假定。4.7型鋼混凝土柱的斜截面承載能力計(jì)算工程實(shí)踐表明：采用型鋼混凝土柱是提高柱的強(qiáng)度、剛度、延性和耗能能力、改善柱抗震能力的有效途徑。4.7.1短柱的試驗(yàn)研究這里的短柱并非穩(wěn)定意義上的短柱，而是指抗震意義上的短柱。破壞形式均為剪切破壞或以剪切破壞為主。剪切破壞形態(tài)可分為：剪切斜壓破壞、剪切粘結(jié)破壞和彎剪型破壞。剪跨比對(duì)剪切性能的影響要表現(xiàn)在兩方面：1

50、. 剪跨比對(duì)柱剪切破壞形態(tài)有明顯影響。剪跨比很小時(shí)（），一般發(fā)生斜壓破壞；當(dāng)剪跨比時(shí)，一般多出現(xiàn)剪切粘結(jié)破壞；當(dāng)剪跨比時(shí)，彎矩有明顯影響，一般為彎剪型破壞。2. 剪跨比在一定范圍內(nèi)，對(duì)柱的剪切開(kāi)裂荷載與剪切承載能力有明顯影響。一般剪切承載能力隨剪跨比的增大而減小。但剪跨比大于一定的值，剪跨比對(duì)承載力的影響不明顯。軸壓比的影響：軸壓力抑制了柱中斜裂縫的出現(xiàn)與開(kāi)展。軸壓比的存在使柱的斜向開(kāi)裂荷載及極限抗剪強(qiáng)度有所提高。在一定范圍內(nèi)，隨軸壓比的增大，柱的剪切承載力基本上是線性增加。但是隨軸壓比的增大，構(gòu)件的延性有所下降。軸壓比很大時(shí)，柱的破壞形態(tài)有所改變，破壞時(shí)受壓起控制作用，因此剪切承載力并不隨軸

51、壓比的增大而無(wú)限制提高。滯回曲線、耗能性能與延性：隨荷載的增加與反復(fù)循環(huán)作用，由于裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，型鋼與混凝土之間發(fā)生滑移以及混凝土塑性變形的發(fā)展，使柱子剛度退化。軸壓力存在，使柱子開(kāi)裂荷載有所提高，因此柱的初期剛度較高，但是軸壓比較高的柱子剛度退化也快。軸壓比是影響柱延性的主要因素之一。隨著軸壓比的增大，延性系數(shù)降低。配箍率越高，延性系數(shù)越大。剪跨比越大，延性系數(shù)越大。4.7.2開(kāi)裂荷載的計(jì)算1. 彎曲開(kāi)裂荷載：根據(jù)平衡條件，當(dāng)最大彎矩截面上的拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時(shí)，柱中出現(xiàn)水平彎曲裂縫，可得彎曲開(kāi)裂荷載：2. 剪切開(kāi)裂荷載 配置型鋼可使柱的開(kāi)裂荷載有所提高，與鋼筋混凝土柱的剪切

52、開(kāi)裂荷載相比，可考慮用一個(gè)提高系數(shù)，即：為鋼筋混凝土柱的剪切開(kāi)裂荷載，為型鋼混凝土柱剪切開(kāi)裂荷載提高系數(shù)。4.8型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)4.8.1概述根據(jù)梁柱型式不同，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)大致有以下幾類(lèi)：(1) 配筋鋼骨架的梁柱節(jié)點(diǎn)，一般在柱寬梁窄的情況下，梁中角鋼可在柱角鋼內(nèi)側(cè)穿過(guò)。(2) 梁柱中均為配實(shí)腹工字鋼的梁柱節(jié)點(diǎn)(3) 連接鋼筋混凝土柱與型鋼混凝土梁的節(jié)點(diǎn)，且梁中配置的為實(shí)腹工字鋼。(4) 連接型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)。按照受力形式不同，型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)可分為以下幾種類(lèi)型：頂層中節(jié)點(diǎn)、頂層角節(jié)點(diǎn)、頂層邊節(jié)點(diǎn)、一般層中節(jié)點(diǎn)、一般層邊節(jié)點(diǎn)及柱腳等。4.8.2節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究1 破壞過(guò)程及破

53、壞形態(tài)節(jié)點(diǎn)軸壓比不是特別大的情況下，剪切破壞是節(jié)點(diǎn)破壞的主要破壞形式。在含鋼量適當(dāng)?shù)那闆r下，節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限狀態(tài)前，型鋼均能達(dá)到屈服，屈服荷載 大約為極限荷載的80-90。由于混凝土對(duì)型鋼的約束，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)中腹板均未發(fā)生局部屈曲現(xiàn)象。2 滯回曲線及骨架曲線型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)在達(dá)到最大荷載以前，滯回曲線呈紡錘形，此后由于節(jié)點(diǎn)斜裂縫已開(kāi)展很大，裂縫的閉合，使型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)滯回曲線兼有梭形與到s形的性質(zhì)，性質(zhì)介于兩者之間。3 變形性能與延性型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)具有很好的延性。軸壓比越小，骨架曲線下降更為平緩，變形能力更大。4 耗能性能型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的耗能能力大約為鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的三倍，這對(duì)抗震結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)具有很重

54、要的意義。5 剛度及剛度退化型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的剛度明顯大于鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)，而且型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的剛度退化減慢。軸壓比越大，節(jié)點(diǎn)裂縫出現(xiàn)較晚，裂縫寬度較小，所以節(jié)點(diǎn)剛度愈大。6 軸壓比影響軸壓比的存在抑制了裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展。因此使得節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂荷載與極限荷載均有所提高。軸壓比的大小使斜裂縫的角度有所改變。節(jié)點(diǎn)抗裂度與抗剪強(qiáng)度隨軸壓比的增加而提高，但并非是無(wú)限制的，但軸壓比很大時(shí)，可能使節(jié)點(diǎn)的剪切破壞形態(tài)轉(zhuǎn)化為受壓破壞。軸壓比的存在能使節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度提高，使節(jié)點(diǎn)的延性降低。軸壓比越大，滯回曲線下降得越快。因此變形能力減小，延性系數(shù)要小一些。4.8.3節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理主要有1.鋼桁架機(jī)理和2.鋼“框架-剪力墻

55、”機(jī)理。4.8.4節(jié)點(diǎn)的抗裂計(jì)算型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的抗裂計(jì)算時(shí)作如下基本假定：(1) 節(jié)點(diǎn)斜裂縫出現(xiàn)以前基本上處于彈性工作階段(2) 節(jié)點(diǎn)斜裂縫出現(xiàn)時(shí)，鋼與核心混凝土變形協(xié)調(diào)(3) 忽略翼緣框直接承擔(dān)的剪力配角鋼骨架的型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)抗裂計(jì)算，建議公式為：。4.8.5節(jié)點(diǎn)抗剪承載能力計(jì)算震害調(diào)查表明，節(jié)點(diǎn)一般都是剪切破壞。1 配實(shí)腹型鋼的節(jié)點(diǎn)計(jì)算根據(jù)塑性極限分析，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的抗剪能力計(jì)算公式可表達(dá)為以下的疊加形式：vrc為鋼筋混凝土的抗剪能力；vs為型鋼的抗剪能力；vc為混凝土的抗剪能力；vsv為鋼箍的抗剪能力；vw為型鋼腹板的抗剪能力；vf為型鋼翼緣的抗剪能力。2 配角鋼骨架的節(jié)點(diǎn)計(jì)算配角

56、鋼骨架的型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)的承載能力按中節(jié)點(diǎn)和邊節(jié)點(diǎn)分別計(jì)算。3 節(jié)點(diǎn)截面面積應(yīng)符合截面限制條件：4.9型鋼混凝土構(gòu)件的有限元分析4.9.1型鋼混凝土柱梁的有限元分析1 單元的類(lèi)型與剛度矩陣：混凝土單元選用四邊形等參元來(lái)離散材料，型鋼也采用了四邊形等參元，鋼筋離散為兩節(jié)點(diǎn)線性單元，即認(rèn)為只承受軸力，不承擔(dān)剪力。為了模擬型鋼與混凝土之間、縱筋與混凝土之間相對(duì)滑移的影響，引入了粘結(jié)單元。2 混凝土本構(gòu)關(guān)系：采用chenchen彈塑性本構(gòu)模型。3 混凝土材料的破壞準(zhǔn)則及開(kāi)裂、破壞后的處理：以主應(yīng)變值作為判別混凝土開(kāi)裂或全部退出工作的破壞準(zhǔn)則。4 鋼筋、型鋼的本構(gòu)關(guān)系及屈服準(zhǔn)則：鋼筋的本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)化為理想彈塑性模型，型鋼的本構(gòu)關(guān)系一般用等效應(yīng)力和等效應(yīng)變表示，也按理想彈塑性材料處理。5 鋼筋、型鋼單元屈服及粘結(jié)單元破壞后的處理：6.等效結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算：重力荷載節(jié)點(diǎn)化，作用在單元一個(gè)邊上的分布荷載節(jié)點(diǎn)化，作用在單元一個(gè)邊上的集中荷載節(jié)點(diǎn)化。7 有限元數(shù)值分析方法：采用