型鋼混凝土梁設(shè)計(jì)

型鋼混凝凝土梁設(shè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師師：張張鵬鵬學(xué)生生：樊樊華學(xué)號(hào)號(hào)：132081402044主要內(nèi)容容第一節(jié)基基本概概念第二節(jié)型型鋼混混凝土梁梁受力性性能和破破壞形態(tài)態(tài)及截面面應(yīng)力分分析第三節(jié)型型鋼混混凝土梁梁正截面面承載力力計(jì)算第四節(jié)型型鋼混混凝土梁梁斜截面面承載力力計(jì)算第五節(jié)型型鋼混混凝土梁梁裂縫和和變形驗(yàn)驗(yàn)算第一節(jié)基基本概概念1、型鋼混混凝土組組合構(gòu)件件的概念念2、型鋼鋼混凝土土構(gòu)件的的配置形形式3、型鋼鋼混凝土土組合結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點(diǎn)4，型鋼鋼混凝土土組合結(jié)結(jié)構(gòu)的分分類5、型鋼鋼混凝土土組合結(jié)結(jié)構(gòu)的計(jì)計(jì)算方法法1、型鋼混混凝土組組合構(gòu)件件的概念念型鋼混凝凝土組合合構(gòu)件是是一種由由核心部部分的型型鋼（sectionsteel），外外部的鋼鋼筋（reinforcingsteelbar））和混凝凝土（concrete）三三種材料料組成能能協(xié)同工工作的組組合構(gòu)件件。2、型鋼鋼配置形形式3、型鋼鋼混凝土土組合結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點(diǎn)(1)與鋼筋混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)相比比，型鋼鋼混凝土土結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)：：①變形能力力強(qiáng)、抗抗震性能能好。鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)由于混混凝土材材料的脆脆性特性性，特別別是當(dāng)同同一層的的柱剛度度相差較較大、負(fù)負(fù)擔(dān)剪力力不均衡衡或是當(dāng)當(dāng)結(jié)構(gòu)存存在較大大的偏心心扭轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，構(gòu)件件容易發(fā)發(fā)生剪切切破壞，，結(jié)構(gòu)的的延性較較差。型型鋼混凝凝土由于于型鋼的的存在，，構(gòu)件延延性得到到很大的的改善。。②在截面尺尺寸相同同的條件件下，可可以合理理配置較較多的鋼鋼材。超高層建建筑底層層柱的軸軸力很大大，當(dāng)采采用鋼筋筋混凝土土構(gòu)件時(shí)時(shí)，為了了滿足規(guī)規(guī)范對(duì)軸軸壓比的的要求，，柱截面面尺寸通通常很大大、而這這類短柱柱的延性性往往很很差。如如果采用用型鋼混混凝土構(gòu)構(gòu)件，就就可以大大大提高高含鋼率，使柱子的承載能力與變形能力顯著提高。3、型鋼混凝凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點(diǎn)③當(dāng)基礎(chǔ)采用用鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)、上部部為鋼結(jié)構(gòu)時(shí)時(shí)，采用型鋼鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)作為過渡層層可以使結(jié)構(gòu)構(gòu)的內(nèi)力傳遞遞更為合理。。④在施工時(shí)，型型鋼骨架有較較大的承載力力，可以作為為腳手架使用用，并可承受受模板的重量量。如果再利利用壓型鋼板板作為鋼筋混混凝土樓板的的模板的話，，可以大大節(jié)節(jié)省模板工作作量。⑤由于在構(gòu)件件中同時(shí)存在在型鋼與鋼筋筋，澆筑混凝凝土比較困難難。⑥用鋼量大，，建設(shè)費(fèi)用較較高。型綱混混凝土結(jié)構(gòu)的的用鋼量為80-180㎏／㎡，其中型型鋼占總用鋼鋼量的20％~50％。3、型鋼混凝凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點(diǎn)(2)與純鋼結(jié)構(gòu)相相比，型鋼混混凝土結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)①混凝土兼有有參與構(gòu)件受受力與保護(hù)層層的功能，經(jīng)經(jīng)濟(jì)性較好，可節(jié)省鋼材。。②結(jié)構(gòu)剛度大大，外力作用用下變形小，，在風(fēng)荷載和和地震作用下下，結(jié)構(gòu)的水水平位移易滿滿足要求。③混凝土有利利于提高型鋼鋼的整體穩(wěn)定定性，鋼板的局部屈屈曲、桿件彎彎曲失穩(wěn)及梁梁的側(cè)向失穩(wěn)穩(wěn)不易發(fā)生，，如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件件設(shè)計(jì)合理，，就能保證很很好的延性。。④使用的型鋼鋼規(guī)格較小、、鋼板厚度較較薄，比較符符合目前我國國鋼材軋制的的實(shí)際情況。。⑤結(jié)構(gòu)自重較較大，施工復(fù)復(fù)雜程度較高高。4，型鋼混凝凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)的分類型鋼混凝土組組合結(jié)構(gòu)分為為兩類：第一類是全部部構(gòu)件均采用用型鋼混凝土土。第二類是部分分構(gòu)件采用型型鋼混凝土，，即柱，剪力力墻采用型鋼鋼混凝土構(gòu)件件，而框架梁梁采用鋼梁或或鋼筋混凝土土梁。5、型鋼混凝凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)的計(jì)算方法法目前，大致可可以歸納為如如下三種方法法：（1）基于試試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式式的計(jì)算方法法。這種計(jì)算算方法是以鋼鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理理論為基礎(chǔ)，，考慮混凝土土對(duì)型鋼剛度度的提高作用用，按鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)定理論計(jì)計(jì)算。適用于于含鋼率較大大的情況。（2）基于鋼鋼筋混凝土的的計(jì)算方法。。這種方法假假定構(gòu)件內(nèi)的的型鋼與混凝凝土形成一個(gè)個(gè)整體，變形形一致，從而而采用鋼筋混混凝土構(gòu)件的的有關(guān)計(jì)算理理論。（3）承載力力疊加法。這這種方法是一一種簡(jiǎn)單的疊疊加法，沒有有考慮鋼與混混凝土間的粘粘結(jié)力及型鋼鋼與混凝土間間的約束與支支撐作用。5、型鋼混凝凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)的計(jì)算方法法在我國主要有有兩種：一種計(jì)算方法法是以概率理理論為基礎(chǔ)的的極限狀態(tài)設(shè)設(shè)計(jì)法。另一一種計(jì)算方法法是承載力疊疊加計(jì)算法。。它是將型鋼鋼與混凝土分分開來計(jì)算，，然后疊加。。第二節(jié)型型鋼混凝凝土梁受力性性能和破壞形形態(tài)及截面應(yīng)應(yīng)力分析1，型鋼混凝凝土梁的受力力性能和破壞壞形態(tài)。2，型鋼與混混凝土的共同同作用1，型鋼混凝凝土梁的受力力性能和破壞壞形態(tài)。研究結(jié)果表明明，設(shè)有剪力力連接件的實(shí)實(shí)腹式型鋼混混凝土梁在達(dá)到極限承載載力之前，型型鋼與混凝土土基本能夠共共同工作。型鋼與混凝土土的粘結(jié)力一一般不會(huì)怕壞壞。所以可以以認(rèn)為這種實(shí)實(shí)腹式型鋼混混凝土梁截面面中的型鋼與與混凝土的應(yīng)應(yīng)變符合平截截面假定（planecross-sectionassumption））。隨著荷載的增增加，型鋼腹腹板與翼緣之之間的核心混混凝土受到型型鋼的約束，，裂縫發(fā)展到到型鋼下翼緣緣附近，裂縫縫不隨荷載增增加而發(fā)展，，出現(xiàn)裂縫發(fā)展停滯滯現(xiàn)象。當(dāng)加載到80%左右的極極限荷載，受受壓翼緣高度度處出現(xiàn)水平平的粘結(jié)裂縫縫，隨著荷載載的增加，保保護(hù)層脫落，，受壓區(qū)混凝凝土壓碎構(gòu)件件破壞。（受壓區(qū)型鋼保保護(hù)層越小，，粘結(jié)斷裂破破壞越明顯））2，型鋼與混混凝土的共同同作用因?yàn)樵谛弯摶旎炷两M合結(jié)結(jié)構(gòu)中，型鋼鋼的表面積和和截面面積之之比值較小，，且表面平整整，粘結(jié)強(qiáng)度度較小，二者者之間容易產(chǎn)產(chǎn)生滑移，所以為了確確保型鋼與混混凝土的共同同作用，應(yīng)采采取以下三種種措施：（1）采用充充滿型實(shí)腹型型鋼混凝土梁梁（2）在型鋼鋼上翼緣處設(shè)設(shè)置抗剪連接接件（3）配置必必要的縱向鋼鋼筋和箍筋第三節(jié)型型鋼混凝凝土梁正截面面承載力計(jì)算算1，基本假定定2，正截面抗抗彎承載力計(jì)計(jì)算1，基本假定定1）截面應(yīng)變變分布符合平平截面假定，，型鋼與混凝凝土之間無相對(duì)滑移；；2）不考慮混混凝土抗拉強(qiáng)強(qiáng)度；3）取受壓邊邊緣混凝土極極限壓應(yīng)變0.003，，相應(yīng)的最大大壓應(yīng)力取混混凝土軸心受受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值；4）型鋼腹板板的應(yīng)力圖取取為拉、壓梯梯形應(yīng)力圖形形。設(shè)計(jì)計(jì)算算時(shí)，簡(jiǎn)化為為等效矩形應(yīng)應(yīng)力；5）鋼筋應(yīng)力力等于其應(yīng)變變與彈性模量量的乘積，但但不大于其強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。。2，正截面抗抗彎承載力計(jì)計(jì)算由于充滿型型型鋼混凝土框框架梁是以適筋梁破壞作為其抗彎承承載力的極限限狀態(tài)，所以以我們?cè)谠O(shè)計(jì)計(jì)和計(jì)算中要要確保受拉鋼鋼筋和型鋼翼翼緣首先屈服服，然后受壓壓翼緣屈服，，直至最后受受壓混凝土壓壓碎，整個(gè)充充滿型型鋼混混凝土框架梁梁才達(dá)到抗彎彎承載力而破破壞。2，正截面抗抗彎承載力計(jì)計(jì)算根據(jù)上述的基基本假定，我我們利用平衡衡條件:2，正截面抗抗彎承載力計(jì)計(jì)算可得基本方程程：（1））非抗抗震設(shè)設(shè)計(jì)彎矩的的平衡衡方程程水平力力的平平衡方方程2，正正截面面抗彎彎承載載力計(jì)計(jì)算（2））抗震震設(shè)計(jì)計(jì)2，正正截面面抗彎彎承載載力計(jì)計(jì)算當(dāng)，，時(shí)時(shí)：2，正正截面面抗彎彎承載載力計(jì)計(jì)算式中--相對(duì)受受壓區(qū)區(qū)高度度--相對(duì)界界限受受壓區(qū)區(qū)高度度--分別為為型鋼鋼腹板板的上上端、、下端端至梁梁截面面混凝凝土受壓區(qū)區(qū)上邊邊緣距距離與與的比比值；；--型鋼腹腹板承承受的的軸向向合力力--型鋼腹腹板承承受的的軸向向合力力對(duì)于于型鋼鋼受拉拉翼緣緣和縱向向受拉拉鋼筋筋合力力點(diǎn)的的距；；2，正正截面面抗彎彎承載載力計(jì)計(jì)算為了保保證型型鋼混混凝土土梁的的型鋼鋼上翼翼緣和和縱向向受壓壓鋼筋筋在破破壞前前達(dá)到到屈服服；截截面受受壓區(qū)區(qū)高度度應(yīng)滿滿足：：為了保保證梁梁的破破壞形形態(tài)為為型鋼鋼下翼翼緣和和受拉拉縱向向鋼筋筋先屈屈服，，然后后受壓壓區(qū)混混凝土土被壓壓碎，，截面面相對(duì)對(duì)受壓壓區(qū)應(yīng)應(yīng)滿足足：2，正正截面面抗彎彎承載載力計(jì)計(jì)算值可按按平截截面假假定推推導(dǎo)出出：抗震設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，x應(yīng)滿滿足以以下要要求：：一級(jí)框框架梁梁：二，三三級(jí)框框架：：第四節(jié)節(jié)型型鋼鋼混凝凝土梁梁斜截截面承承載力力計(jì)算算1，型型鋼混混凝土土梁與與鋼筋筋混凝凝土梁梁的受受剪性性能差差異2，斜斜截面面破壞壞形態(tài)態(tài)3，影影響型型鋼混混凝土土梁斜斜截面面受剪剪性能能的因因素4，型型鋼混混凝土土梁斜斜截面面的抗抗剪承承載能能力計(jì)計(jì)算方方法5，抗抗剪承承載能能力計(jì)計(jì)算1，型型鋼混混凝土土梁與與鋼筋筋混凝凝土梁梁的受受剪性性能差差異（1）斜斜裂縫縫出現(xiàn)現(xiàn)時(shí)。。實(shí)腹腹式型型鋼具具有較較大的的抗剪剪剛度度，而而且在在梁中中腹板板是連連續(xù)分分布的的，對(duì)對(duì)斜裂裂縫的的開展展起著著較好好的抑抑制作作用。。（2））斜裂裂縫出出現(xiàn)后后，型型鋼腹腹板對(duì)對(duì)混凝凝土的的拉壓壓變形形起到到有效效的約約束作作用。。（3））剪壓壓破壞壞的梁梁是因因?yàn)榧艏魤簠^(qū)區(qū)混凝凝土的的破壞壞而達(dá)達(dá)到極極限承承載力力，與與鋼筋筋混凝凝土梁梁斜截截面受受剪的的脆性性破壞壞特征征截然然不同同。2，斜斜截面面破壞壞形態(tài)態(tài)破壞形形態(tài)主主要有有三種種類型型：2，斜斜截面面破壞壞形態(tài)態(tài)（1）斜壓破破壞剪跨比比λ<1.0，以及1.0~1.5且含鋼鋼率較較大的的情況況（2）剪壓破破壞剪跨比比λ>1.5且含含鋼率率較小小的情情況斜裂縫縫端部部剪壓壓區(qū)混混凝土土在正正應(yīng)力力和剪剪應(yīng)力力的共共同作作用下下被壓壓碎2，斜斜截面面破壞壞形態(tài)態(tài)（3）剪切粘粘結(jié)破破壞不配箍箍筋或或箍筋筋很少少、且且剪跨跨比較較大的的情況況型鋼與與混凝凝土的的粘結(jié)結(jié)力極極易喪喪失，，傳遞遞剪力力的能能力降降低，，于是是在型型鋼翼翼緣外外側(cè)的的混凝凝土中中產(chǎn)生生應(yīng)力力集中中在型鋼翼翼緣附加加產(chǎn)生劈劈裂裂縫縫，沿型型鋼翼緣緣水平方方向發(fā)展展，導(dǎo)致致保護(hù)層層脫落2，斜截截面破壞壞形態(tài)綜上所述述，斜壓破壞壞和剪壓壓破壞通通過型鋼鋼混凝土土梁的斜斜截面受受剪計(jì)算算解決。。剪切粘粘結(jié)破壞壞是通過過構(gòu)造解解決，設(shè)設(shè)計(jì)中應(yīng)應(yīng)通過配配置必要要的構(gòu)造造箍筋，，設(shè)置抗抗剪連接接件，增增加型鋼鋼外圍混混凝土厚厚度等措措施提高高型鋼混混凝土梁梁抗剪切切粘結(jié)破破壞的能能力。3，影響響型鋼混混凝土梁梁斜截面面受剪性性能的因因素（1）剪剪跨比剪跨比（（>2.5）時(shí)時(shí)，梁的的承載力力往往由由彎曲應(yīng)應(yīng)力控制制，一般般發(fā)生彎曲破壞壞型鋼混凝凝土梁不不會(huì)發(fā)生生斜拉破破壞，型型鋼腹板板可以有有效阻止止斜拉裂裂縫的產(chǎn)產(chǎn)生。均布荷載載下，型型鋼混凝凝土梁的的斜裂縫縫靠近支支座，型型鋼腹板板中正應(yīng)應(yīng)力相對(duì)對(duì)較小，，承載力力主要由由剪應(yīng)力力控制，，型鋼腹腹板的受受力基本本上接近近純剪。。3，影響響型鋼混混凝土梁梁斜截面面受剪性性能的因因素（2）型鋼鋼腹板含含鋼率含鋼率：：ρ＝Aw/bh0由于型鋼鋼腹板的的剛度較較大，斜裂縫出出現(xiàn)前，其剪應(yīng)應(yīng)變與混混凝土的的基本一一致。斜裂縫出出現(xiàn)后，由于型型鋼對(duì)腹腹部的混混凝土有有約束作作用，梁的抗剪剪剛度降降低不多多；型鋼腹板板屈服后，對(duì)混凝凝土的約約束喪失失，梁的的抗剪剛剛度降低低較快，，變形增增大。但但其極限限變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混混凝土梁梁，表現(xiàn)現(xiàn)出較好的延延性性能能。3，影響響型鋼混混凝土梁梁斜截面面受剪性性能的因因素（3）配配箍率配箍率：：ρsv＝Asv/bs裂縫出現(xiàn)現(xiàn)前，箍箍筋的應(yīng)應(yīng)力很小小，基本本不起作作用；設(shè)計(jì)合理理的適筋筋梁，剪剪壓破壞壞時(shí)，箍箍筋基本本屈服；；箍筋的約約束作用用還能有有效防止止型鋼翼翼緣與混混凝土交交界面的的剪切破破壞3，影響響型鋼混混凝土梁梁斜截面面受剪性性能的因因素（4）型型鋼翼緣緣寬度與與梁寬度度比bf/b型鋼翼緣緣對(duì)梁腹腹部混凝凝土具有有約束作作用，能能提高梁梁的承載載力和變變形能力力；但是，如果比值值過大，，使梁側(cè)側(cè)混凝土土保護(hù)層層厚度過過小，容容易產(chǎn)生生剪切粘粘結(jié)破壞壞（5）混混凝土強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)級(jí)一般，混混凝土部部分受剪剪承載力力隨混凝凝土強(qiáng)度度提高而而提高；；剪跨比一一定時(shí)，，抗剪承承載力隨隨混凝土土強(qiáng)度提提高剪跨比較較小時(shí)，，增長(zhǎng)率率較大剪跨比較較大時(shí)，，增長(zhǎng)率率較小4，型鋼鋼混凝土土梁斜截截面的抗抗剪承載載能力計(jì)計(jì)算方法法分為以下下三種：：（1）將將腹板看看作連續(xù)續(xù)分布的的箍筋，，采用混混凝土梁梁的計(jì)算算方法。。含鋼量小小時(shí)，基基本符合合實(shí)際2）剪力力分配計(jì)計(jì)算方法法荷載的反反復(fù)作用用型鋼與與混凝土土之間的的粘結(jié)作作用喪失失，剪力力由型鋼鋼部分和和鋼筋混混凝土部部分一起起承擔(dān)。。計(jì)算較復(fù)復(fù)雜，不不易準(zhǔn)確確4，型鋼鋼混凝土土梁斜截截面的抗抗剪承載載能力計(jì)計(jì)算方法法（3）疊疊加方法法用型鋼部部分與鋼鋼筋混凝凝土部分分受剪承承載力之之和作為為型鋼混混凝土構(gòu)構(gòu)件的受受剪承載載力。我國采用用此種方方法5，抗剪剪承載能能力計(jì)算算抗剪承載載能力的的計(jì)算公公式：型鋼混凝凝土梁的的抗剪承承載力由由混凝土土，型鋼鋼和箍筋筋三者組組成：2)與斜斜裂縫相相交的箍箍筋承擔(dān)擔(dān)的受剪剪承載力力可表示示為：1)混凝凝土部分分的受剪剪承載力力可表示示為：5，抗剪承載載能力計(jì)算在均布荷載作作用下，型鋼鋼混凝土梁抗抗剪達(dá)到極限限狀態(tài)時(shí)，型型鋼腹板的應(yīng)應(yīng)力，基本上上可取型鋼純純剪狀態(tài)時(shí)的的剪切屈服強(qiáng)強(qiáng)度5，抗剪承載載能力計(jì)算在集中荷載作作用下，型鋼鋼的抗剪能力力隨著剪跨比比的增加反而而降低，其腹腹板的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度為：5，抗剪承載載能力計(jì)算則承載力計(jì)算算公式：非抗震設(shè)計(jì)均布荷載作用用下：集中荷載作用用下：抗震設(shè)計(jì)：均布荷載作用用下：集中荷載作用用下：5，抗剪承載載能力計(jì)算截面適用條件件：非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)為了避免型鋼鋼含量過小，，要求滿足第五節(jié)型型鋼混凝凝土梁裂縫和和變形驗(yàn)算1，為什么要要控制裂縫寬寬度2，裂縫控制制的兩個(gè)基本本問題3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計(jì)算4，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的驗(yàn)算與與裂縫控制值值5，型鋼混凝凝土梁的剛度度與變形計(jì)算算1，為什么要要控制裂縫寬寬度控制裂縫寬度度的理由是，，過大的裂縫縫會(huì)引起混凝凝土中型鋼和和鋼筋的嚴(yán)重重銹蝕，降低低構(gòu)件的耐久久性，從而使使結(jié)構(gòu)的承載載能力降低；；同時(shí)，過寬寬的裂縫會(huì)損損壞結(jié)構(gòu)的外外觀，給人們們心理上造成成不安全感。。2，裂縫控制制的兩個(gè)基本本問題裂縫控制的兩兩個(gè)基本問題題：裂縫寬度的計(jì)計(jì)算和達(dá)到正正常使用極限限狀態(tài)時(shí)的裂裂縫寬度限值值。正常使用極限限狀態(tài)的一個(gè)個(gè)問題是型鋼鋼混凝土梁的的裂縫控制，，另一個(gè)問題題是型鋼混凝凝土梁的剛度度和變形計(jì)算算。3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計(jì)算型鋼混凝土受受彎構(gòu)件裂縫縫寬度計(jì)算的的基本假定：：（1）使用階階段截面應(yīng)變變符合平截面面假定。（2）鋼筋，，型鋼和混凝凝土開裂前均均在彈性范圍圍內(nèi)工作。（3）開裂截截面不考慮混混凝土的受拉拉作用。（4）非開裂裂截面受拉區(qū)區(qū)混凝土應(yīng)力力均勻分布。。3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計(jì)算型鋼混凝土受受彎構(gòu)件裂縫縫寬度計(jì)算的的位置應(yīng)在受拉鋼筋合力力處為基準(zhǔn)。最大裂縫寬度度的計(jì)算：3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計(jì)算3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計(jì)算4，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的驗(yàn)算與與裂縫控制值值在型鋼混凝土土受彎構(gòu)件中中，型鋼混凝凝土梁最大裂裂縫寬度應(yīng)按按荷載短期效效應(yīng)組合，并并考慮長(zhǎng)期荷荷載作用的影影響計(jì)算.室內(nèi)正常環(huán)境境下最大裂縫縫寬度限值取取0.3mm，露