《鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)》教學(xué)課件-5第五章-型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

第五章型鋼混凝土結(jié)構(gòu)—SteelReinforcedConcreteStructures

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)又稱鋼骨混凝土、勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是指柱、梁等構(gòu)件，用型鋼做骨架，外包鋼筋混凝土所形成的結(jié)構(gòu)。

第五章型鋼混凝土結(jié)構(gòu)15.1概述1.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)造鋼或少量受力鋼筋。配置構(gòu)造鋼筋、少量受力鋼筋及鋼箍主要目的是約束周圍混凝土以及補(bǔ)足所配型鋼的不足。2.按配鋼型式，可分為配實(shí)腹型鋼和配空腹式型鋼兩大類。配實(shí)腹鋼：可配軋鋼或焊接工字鋼、H型鋼、槽鋼等，配鋼方式如圖所示。此時(shí)必須還配有構(gòu)造鋼筋與鋼箍。配空腹鋼：是由角鋼構(gòu)成的空間桁架式骨架，可以不配構(gòu)造鋼筋與鋼箍，因其本身就能約束混凝土，直腹桿與斜腹桿也為角骨鋼構(gòu)成，可抗剪。3.型鋼混凝土可以作為柱、梁、剪力墻和筒體等。4.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)度大、剛度大，可減小構(gòu)件斷面，減少結(jié)構(gòu)面積；②延性好、耗能性能好，因而抗震性能好；5.1概述2圖型鋼混凝土構(gòu)件5.1圖型鋼混凝土構(gòu)件5.13③工廠化制作程度高加快施工安裝速度，改善勞動(dòng)條件；④可利用鋼骨架掛模、滑模，節(jié)省模板、方便施工；⑤比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省大量鋼材，與全鋼結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)約鋼材1/3左右。且剛度大，減少側(cè)移、防火防銹性能好。5.適用范圍：①高層、超高層建筑②地震區(qū)建筑③大跨度梁④荷載特別重的梁、柱等。型鋼混凝土梁正截面承載能力分析

5.2.1試驗(yàn)研究③工廠化制作程度高加快施工安裝速度，改善勞動(dòng)條件；4配實(shí)腹鋼梁圖5.2M-f試驗(yàn)曲線配實(shí)腹鋼梁5根據(jù)型鋼混凝土梁的試驗(yàn)，在加載初期，型鋼與混凝土之間滑移較小，基本能保持共同工作，平截面假定成立。當(dāng)荷載加大較大，約極限荷載的80%以后，滑移明顯，直至破壞。其應(yīng)變?nèi)鐖D所示。平截面假定不成立。但是為了便于計(jì)算可以將其折算成一個(gè)修正平截面(見(jiàn)圖4.10)。由于鋼筋混凝土有所降低，約為～，建議可取，由于滑移影響，促使受壓區(qū)保護(hù)層較容易剝落。因此影響到承載能力有所降低。圖5.3應(yīng)變突變根據(jù)型鋼混凝土梁的試驗(yàn)，在加載初期，型鋼與混凝土之6圖5.4平均應(yīng)變圖5.4平均應(yīng)變7圖5.5空腹式配鋼構(gòu)件圖5.5空腹式配鋼構(gòu)件85.2.2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)苑掀浇孛婕俣ǎㄐ拚浇孛妫?)破壞時(shí)，梁受壓區(qū)邊緣的混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力圖形可取矩形分布，其中應(yīng)力可取，受壓區(qū)折算高度，x0為受壓區(qū)實(shí)際高度。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計(jì)算時(shí)，根據(jù)中和軸位置不同分：①在型鋼腹板中通過(guò)；②不通過(guò)型鋼；③中和軸恰好在型鋼受壓翼緣中通過(guò)。

1)情況③可以作為判別其他兩種情況的界限，其應(yīng)力如圖()所示。5.2.2配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土梁正截面承載能力計(jì)算9圖5.6中和軸在型鋼受壓翼緣中通過(guò)時(shí)的應(yīng)力圖形

圖5.6中和軸在型鋼受壓翼緣中通過(guò)時(shí)的應(yīng)力圖形10由于中和軸在型鋼上翼緣通過(guò)，可認(rèn)為其應(yīng)力為零，不考慮上翼緣作用由力的平衡可得此時(shí)受壓區(qū)高度:如果求得的之間，即按此種情況考慮其極限彎矩為（對(duì)型鋼上翼緣邊緣取矩）其中因?yàn)橐砭壈搴癖刃弯摳叨刃〉枚?，因此取力臂時(shí)忽略翼緣板厚的影響如果上下翼緣面積相等，即型鋼對(duì)稱，則承載能力計(jì)算公式

（5.1）（5.2a）（5.2b）由于中和軸在型鋼上翼緣通過(guò)，可認(rèn)為其應(yīng)力為零，不考慮上翼緣作11其中為型鋼全截面面積；符號(hào)：—梁全高；—型鋼截面高；—梁寬；-分別表示受拉鋼筋重心至受拉區(qū)邊緣和受壓鋼筋重心至受壓區(qū)邊緣的距離；-分別為型鋼下翼緣至受拉邊緣和型鋼上翼緣至受壓區(qū)邊緣的距離；-分別為受拉鋼筋和受壓鋼筋的截面積；-分別為型鋼下翼緣與上翼緣的截面積；-型鋼腹板厚度；-分別為受拉鋼筋、受壓鋼筋型鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。同時(shí)必須保證（受拉翼緣屈服）（5.3）為型鋼彈性模量其中為型鋼全截面面積；（5.3）為型鋼彈性模量122)如果按式計(jì)算得的，屬于第一種情況，即中和軸在型鋼腹板中通過(guò)（①），按下列應(yīng)力圖形（圖）計(jì)算。圖5.7中和軸在型鋼腹板中通過(guò)時(shí)的應(yīng)力圖形

2)如果按式計(jì)算得的，屬于第一種情況，即13此時(shí)應(yīng)根據(jù)力的平衡重新計(jì)算受壓區(qū)高度，一般地如果一般地當(dāng)型鋼對(duì)稱,即（5.4a）（5.4b）（5.5）(5.4),則,則對(duì)中和軸取矩，可得極限彎矩此時(shí)應(yīng)根據(jù)力的平衡重新計(jì)算受壓區(qū)高度，一般地（5.4a）（514同樣承載能力計(jì)算應(yīng)有且保證否則，仍按第三種情況即（）式計(jì)算為了保證型鋼受拉翼緣屈服，還必須滿足（）式，在第一種情況中，如果，此條件一般都能滿足，不必驗(yàn)算，如果上下翼緣不等的配鋼，（）式不能滿足時(shí)，應(yīng)加大受壓翼緣的面積。3)如果按（）式求得的，則屬于第二種情況，即中和軸不通過(guò)型鋼（②），此時(shí)按下壓力圖形（圖）計(jì)算根據(jù)力的平衡，可得受壓區(qū)高度必須滿足，（且必須滿足式以保證型鋼下翼緣屈服，如不滿足式要求，則應(yīng)調(diào)整配鋼）（4.6）同樣承載能力計(jì)算應(yīng)有且保證（4.615圖5.8中和軸不通過(guò)型鋼的應(yīng)力圖形

圖5.8中和軸不通過(guò)型鋼的應(yīng)力圖形16如果尚有則能保證型鋼全截面屈服，此時(shí)極限承載能力按下式計(jì)算若則說(shuō)明中和軸距上翼緣很近，不考慮上翼緣作用可按情況三計(jì)算（5.2）,然后對(duì)型鋼上翼緣取矩，可得極限承載能力（5.7）（5.8）（5.9）（5.10）如果尚有（5.7）（5.8）（5.9）（5.10）17型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，往往不是根據(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，在保證安全的前提下，盡量配得構(gòu)件受力合理（尤其是型鋼）而且經(jīng)濟(jì)，這就需要豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及工程界人士進(jìn)一步深入研究。如果按式或、式算得的，而按式算得的x又有，則可視為第三種情況，即按和計(jì)算極限承載力，不論哪種情況均應(yīng)有（5.11）型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，往往不是183.T形截面梁的計(jì)算

T形截面梁當(dāng)中和軸在梁的受壓翼緣中通過(guò)時(shí)，可按寬為的矩形截面梁進(jìn)行計(jì)算見(jiàn)圖(5.9)。圖3.T形截面梁的計(jì)算圖19若為圖a的配鋼情況,可按下式判定中和軸在梁的受壓翼緣中通過(guò):

或若為圖b判定中和軸在梁的受壓翼緣中通過(guò)的公式如下

（5.13）（5.13a）（5.12）（5.12a）若為圖a的配鋼情況,可按下式判定中和軸在梁的受壓翼（5.1320

配角鋼骨架的型鋼混凝土梁的正截面承載力計(jì)算1）由于配的是角鋼焊成空間桁架，它對(duì)核心混凝土有很好的約束作用。因此對(duì)混凝土的強(qiáng)度與構(gòu)件的延性均有所提高。2）由于腹桿也是由角鋼焊成，這些直腹桿與斜腹桿不僅可代替鋼箍彎起筋抵抗剪力，而且也改善了型鋼與混凝土的粘結(jié)。所以這一類構(gòu)件直至破壞前，型鋼與混凝土都能保持共同工作，符合平截面假定，粘結(jié)滑移問(wèn)題不突出。3）由于配的空間桁架具有較大的剛度，所以構(gòu)件剛度比鋼筋混凝土梁有所提高。4）由于角鋼配在構(gòu)件四周，粘結(jié)性能又較好，因此混凝土保護(hù)層可比配實(shí)腹鋼構(gòu)件減少，和普通鋼筋混凝土構(gòu)件相當(dāng)，而且可以不必再配構(gòu)造鋼筋與鋼箍。5）剛度較大的角鋼骨架，對(duì)裂縫開(kāi)展起到阻滯作用。配角鋼骨架的型鋼混凝土梁的正截面承載力計(jì)算21根據(jù)以上試驗(yàn)分析，配角鋼骨架梁具有下列優(yōu)越性：1）強(qiáng)度、剛度、延性均有提高，因此比鋼筋混凝土梁抗震性能得到明顯改善；2）角鋼骨架本身具有較大的強(qiáng)度與剛度，可以用作掛模，承受施工荷載，節(jié)省模板，便于施工；3）由于保護(hù)層小，鑿去較小的混凝土保護(hù)層即可焊接小型附件，省去許多繁瑣的預(yù)埋件。因此這種梁適用于高層、地震區(qū)、大跨度及小型預(yù)埋件多的工業(yè)建筑（水電廠、化工廠等）。1）在配鋼適量的情況下，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)變平截面假定適用；3）極限狀態(tài)時(shí)混凝土應(yīng)力圖形可以折算為矩形應(yīng)力圖形，其應(yīng)力值可取，混凝土極限壓應(yīng)變?nèi)?。根?jù)以上試驗(yàn)分析，配角鋼骨架梁具有下列優(yōu)越性：224）極限狀態(tài)時(shí)不考慮混凝土的受拉作用；5）由于型鋼骨架對(duì)核心混凝土的約束作用，使構(gòu)件承載能力提高。正截面承載力計(jì)算可以按以下應(yīng)力圖形:圖5.10應(yīng)力圖形（1）4）極限狀態(tài)時(shí)不考慮混凝土的受拉作用；圖5.1023根據(jù)應(yīng)力圖形(1),由力的平衡得：

對(duì)受壓區(qū)邊緣取矩，根據(jù)力矩平衡條件,可得極限彎矩:式中，分別表示受拉型鋼和受壓型鋼形心至受拉區(qū)邊緣和受壓區(qū)邊緣的距離；為考慮型鋼骨架對(duì)混凝土的約束承載能力提高系數(shù)，與腹桿間距等因素有關(guān)，取一平均偏小值（）式求得的x，必須滿足：（）（5.14）（）根據(jù)應(yīng)力圖形(1),由力的平衡得：24受壓區(qū)高度還必須滿足:T形截面配角鋼骨架的型鋼混凝土梁依據(jù)受力及配鋼不同分為兩種情況，即中和軸在翼緣通過(guò)或在腹板中通過(guò)。當(dāng)中和軸在翼緣下緣通過(guò)時(shí)可作為這兩種情況的界限，見(jiàn)應(yīng)力圖形(2),可計(jì)算極限彎矩:圖5.11應(yīng)力圖形（2）（5.17）受壓區(qū)高度還必須滿足:圖5.11應(yīng)力圖形（2）（5.125∴①當(dāng)

或時(shí)屬于第一種情況；即中和軸在翼緣中通過(guò),如圖所示。（5.18）（5.19）（5.20）（5.21）∴①當(dāng)26圖5.12中和軸在翼緣中通過(guò)的應(yīng)力圖形圖5.12中和軸在翼緣中通過(guò)的應(yīng)力圖形27此時(shí)若可得極限彎矩否則應(yīng)按照求得極限彎矩:②當(dāng)或?qū)儆诘诙N情況，即中和軸在梁腹板中通過(guò),應(yīng)力圖見(jiàn)圖所示。

（5.22）（5.23）（5.24）（5.25）此時(shí)若（5.22）（5.23）（5.24）（5.25）28圖5.13中和軸在梁腹板中通過(guò)的應(yīng)力圖形圖5.13中和軸在梁腹板中通過(guò)的應(yīng)力圖形29由上圖所示應(yīng)力圖形，根據(jù)力的平衡可得受壓區(qū)高度當(dāng)時(shí)，極限彎矩當(dāng)時(shí)（5.26）（5.27）（5.28）由上圖所示應(yīng)力圖形，根據(jù)力的平衡可得受壓區(qū)高度（5.26）（305.3型鋼混凝土梁斜截面承載能力分析

5.3.1試驗(yàn)研究與破壞形態(tài)

型鋼混凝土梁的剪切破壞形態(tài)一般有三類：1.剪切斜壓破壞：一般當(dāng)剪跨比很小()時(shí)發(fā)生；2.剪切粘結(jié)破壞：這是因?yàn)樾弯摶炷翗?gòu)件中，型鋼與混凝土粘結(jié)力差是其薄弱環(huán)節(jié)，因此當(dāng)剪跨比較小時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生剪切粘結(jié)破壞，產(chǎn)生剪切粘結(jié)破壞裂縫。配置箍筋能增加對(duì)混凝土的約束，對(duì)防止粘結(jié)破壞有利。對(duì)受均布荷載的梁，由于梁上有荷載“壓迫”作用，所以保護(hù)層不易發(fā)生粘結(jié)剝落。3.彎剪破壞（剪壓破壞）：當(dāng)剪跨比較大時(shí)（）發(fā)生剪壓破壞，先由彎矩影響產(chǎn)生垂直裂縫，隨剪力增加發(fā)展為斜裂縫，最后剪壓區(qū)混凝土壓碎而破壞。5.3.2影響梁抗剪能力的因素1.剪跨比：實(shí)際反映了彎剪共同作用時(shí)，彎矩與剪力作用所5.3型鋼混凝土梁斜截面承載能力分析31占比例。越大說(shuō)明以彎矩為主，越小說(shuō)明以剪力為主。所以剪跨比不僅影響到構(gòu)件抗剪強(qiáng)度，而且影響到破壞形態(tài)，一般發(fā)生剪切斜壓破壞，發(fā)生剪切粘結(jié)破壞，發(fā)生彎曲剪切破壞（剪壓破壞），發(fā)生彎曲破壞。越小（M影響越?。┛辜魪?qiáng)度較高，越大（M影響越大）抗剪強(qiáng)度越低。2.加載方式：均布荷載作用下，粘結(jié)力較好，抗剪強(qiáng)度高，同時(shí)剪跨比對(duì)其影響不大；集中荷載作用下，抗剪強(qiáng)度較低，同時(shí)剪跨比對(duì)其影響明顯。3.混凝土的強(qiáng)度等級(jí)：混凝土強(qiáng)度影響到斜壓桿強(qiáng)度，剪壓區(qū)強(qiáng)度以及粘結(jié)力等。4.含鋼率與型鋼強(qiáng)度：含鋼率越高，型鋼強(qiáng)度越高，抗剪能力越大。5.寬度比：在一定范圍內(nèi)越大，型鋼約束的混凝土相對(duì)較多，梁的抗剪強(qiáng)度與變形能力提高。6.型鋼翼緣的保護(hù)層：保護(hù)層太小，易發(fā)生粘結(jié)破壞，產(chǎn)生較大滑移。占比例。越大說(shuō)明以彎矩為主，越小說(shuō)明以剪力為主。327.含箍率：鋼箍本身承擔(dān)剪力，且能約束混凝土，因此使抗剪能力提高，因此在配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土構(gòu)件，必須配置必要的鋼箍。5.3.3配實(shí)腹式型鋼的抗剪承載力計(jì)算斜壓破壞的型鋼混凝土梁，在剪切破壞前大致平行的斜裂縫將剪跨區(qū)的混凝土分割成若干斜壓桿?；炷梁托弯摳拱逡黄饏⒓有眽簵U工作。由于斜壓桿主要傳遞軸向壓力，因此全梁猶如一個(gè)拱，斜壓桿作為傳遞壓力拱圈，型鋼受拉翼緣及縱向受拉鋼筋作為拱的拉桿，因此，剪切斜壓破壞可假定為拉拱作用機(jī)理。彎曲剪切破壞的應(yīng)力見(jiàn)圖梁的抗剪承載力計(jì)算公式混凝土抗力

其中為混凝土的抗力系數(shù)。（5.29）（5.30）7.含箍率：鋼箍本身承擔(dān)剪力，且能約束混凝土，因此使抗剪能力33圖5.14彎曲剪切破壞時(shí)的應(yīng)力圖形圖5.14彎曲剪切破壞時(shí)的應(yīng)力圖形34型鋼腹板的抗力為型鋼的抗力系數(shù)

鋼箍承擔(dān)的剪力:均布荷載

集中荷載

在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上回歸分析，并參考到可靠指標(biāo)的要求，得出：均布荷載作用下的矩形梁，以及T形梁工字形梁注：或?qū)⑹接疫叺谝豁?xiàng)改為其中，為型鋼腹板厚度與高度，為型鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，其余符號(hào)用同《混凝土規(guī)范》。（5.34）（5.31）（5.32）（5.33）型鋼腹板的抗力（5.34）（5.31）（5.32）（5.3335上式中，第一項(xiàng)為混凝土的抗力；第二項(xiàng)為型鋼的抗力（只考慮腹板作用）；第三項(xiàng)為鋼箍的作用。在集中荷載作用下的獨(dú)立矩形梁：注：亦可將式右邊第一項(xiàng)改為當(dāng)時(shí)，??；當(dāng)時(shí)，取。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，均布荷載作用下（5.35）（5.36）上式中，第一項(xiàng)為混凝土的抗力；第二項(xiàng)為型鋼的抗力（只36集中荷載作用下：剪切抗力調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：且應(yīng)有：，截面限制條件比鋼筋混凝土梁略松。5.3.3配角鋼骨架梁的抗剪承載力計(jì)算均布荷載作用下的矩形梁、以及T形梁、工字梁：集中荷載作用下的矩形獨(dú)立梁：當(dāng)時(shí)，?。划?dāng)時(shí)，取。（5.37）（5.38）（5.39）集中荷載作用下：（5.37）（5.38）（5.39）37同樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：以及應(yīng)有：符號(hào)：受拉角鋼重心到混凝土受壓邊緣的距離；豎腹板與斜腹桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；同一截面內(nèi)豎腹桿截面面積總和；與斜裂縫相交的斜腹桿面積的總和；豎腹桿的中心距；斜腹桿與水平軸夾角。同樣，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)：均布荷載集中荷載（5.40）（5.41）同樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：（5.40）（5.41）385.4型鋼混凝土梁的剛度變形計(jì)算

型鋼混凝土構(gòu)件是彈塑性構(gòu)件。隨著荷載的變化，構(gòu)件剛度變化。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：且應(yīng)有：5.4型鋼混凝土梁的剛度變形計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：395.4.1變形特點(diǎn)及影響因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)型鋼混凝土梁達(dá)到開(kāi)裂荷載后，在M-f曲線并沒(méi)有明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)另一個(gè)特點(diǎn)是使用階段剛度降低較小，比較接近于線性關(guān)系。②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。腹板的存在使型鋼混凝土梁剛度明顯增加。5.4.2剛度計(jì)算型鋼混凝土梁的剛度=

鋼筋混凝土+型鋼+型鋼對(duì)混凝土約束

（5.42）（5.42）401．平均受壓區(qū)高度的計(jì)算:

在工程中常用Ⅰ、Ⅱ級(jí)鋼筋和熱軋型鋼、低合金鋼，可取忽略t的微小影響則有式中為截面中鋼筋和型鋼的重心到截面混凝土受壓區(qū)邊緣的距離2．裂縫截面受拉鋼筋和型鋼下翼緣應(yīng)力的計(jì)算:

無(wú)論中和軸位置如何，均可統(tǒng)一將鋼筋與型鋼下翼緣的拉應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)化為（5.43）（5.44）1．平均受壓區(qū)高度的計(jì)算:（5.43）（5.44）413．折算剛心區(qū)寬度bc的計(jì)算:剛心區(qū)折算寬度其中為型鋼翼緣的寬度。時(shí)，取,b為梁截面的寬度。4．型鋼混凝土梁的剛度:

型鋼混凝土梁荷載短期效應(yīng)作用下的剛度計(jì)算

按圖所示的三部分疊加（5.45）（5.46）3．折算剛心區(qū)寬度bc的計(jì)算:（5.45）（5.46）42圖5.15型鋼混凝土梁分項(xiàng)剛度計(jì)算圖圖5.15型鋼混凝土梁分項(xiàng)剛度計(jì)算圖43混凝土部分的剛度按工字形截面計(jì)算:混凝土剛心區(qū)按彈性剛度計(jì)算:型鋼的剛度由下式計(jì)算:

（5.47）（5.48）（5.49）混凝土部分的剛度按工字形截面計(jì)算:（5.47）（5.48）（445.5型鋼混凝土梁的裂縫計(jì)算

5.5.1抗裂度驗(yàn)算

型鋼混凝土梁的抗裂彎矩可表示為:5.5.2裂縫寬度計(jì)算

平均裂縫寬度：型鋼混凝土梁的最大裂縫寬度：（5.50）（5.51）5.5型鋼混凝土梁的裂縫計(jì)算（5.50）（5.51）45型鋼混凝土柱的正截面承載能力

處于軸壓或偏壓狀態(tài)的柱，達(dá)到承載能力極限狀態(tài)，可能①材料破壞；②由于變形不可收斂發(fā)生失穩(wěn)破壞。4.6.1軸心受壓柱軸心受壓柱的正截面強(qiáng)度

混凝土凈截面面積，即應(yīng)扣除型鋼及鋼筋面積；型鋼有效凈截面面積，即應(yīng)扣除因孔洞削弱部分；縱向受壓鋼筋的截面積；分別為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、縱向鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及型鋼抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；為型鋼混凝土柱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)按表取用。（5.52）型鋼混凝土柱的正截面承載能力（5.52）46換算截面慣性矩?fù)Q算截面面積為混凝土凈截面對(duì)換算截面重心并垂直于彎矩面的軸心慣性矩。為型鋼對(duì)上述軸的慣性矩；為鋼筋對(duì)上述軸的慣性矩。4.6.2配實(shí)腹型鋼偏心受壓柱試驗(yàn)研究及基本假定：配實(shí)腹型鋼偏心受壓柱有兩種破壞形式:

受壓破壞(小偏心受壓破壞)拉壓破壞(大偏心受壓破壞)（5.53）（5.54）（5.55）換算截面慣性矩（5.53）（5.54）（5.55）47承載能力計(jì)算時(shí)可作以下假定:1)破壞時(shí)，梁受壓區(qū)邊緣的混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?2)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力圖形可取矩形分布,其折算應(yīng)力值取fc;3)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，不考慮混凝土受拉區(qū)參加工作;4)無(wú)論哪種破壞形態(tài)，極限狀態(tài)時(shí)，受壓鋼筋與受壓型鋼均能達(dá)到屈服。受拉破壞時(shí)受拉鋼筋、受拉型鋼均能達(dá)到屈服，受壓破壞時(shí)，遠(yuǎn)離軸壓力一側(cè)的型鋼和鋼筋可能受拉或受壓，但其應(yīng)力均達(dá)不到屈服。5)在達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，截面符合修正平截面假定。由以上假定,得出界限破壞時(shí)的受壓區(qū)高度:（5.56）承載能力計(jì)算時(shí)可作以下假定:（5.56）485.6.3配實(shí)腹型鋼大偏心受壓柱的計(jì)算：大偏心受壓極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D所示:

圖5.16拉壓破壞應(yīng)力應(yīng)變圖5.6.3配實(shí)腹型鋼大偏心受壓柱的計(jì)算：圖5.16拉49根據(jù)平截面假定，由應(yīng)變圖中相似三角形的比例很易求得型鋼腹板未屈服區(qū)高度型鋼為Ⅰ級(jí)鋼時(shí)，型鋼為Ⅱ級(jí)鋼時(shí),由應(yīng)力圖形根據(jù)力的平衡一般地則有如，則更可簡(jiǎn)化為則可得（5.57）（5.58）（5.59）（5.60）（5.61）根據(jù)平截面假定，由應(yīng)變圖中相似三角形的比例很易求得型鋼腹板（50（5.65）為了適應(yīng)雙向水平力（如風(fēng)、地震作用）作用的情況，柱經(jīng)常采用對(duì)稱配鋼，即，則上式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：為了保證極限狀態(tài)時(shí)型鋼受拉翼緣屈服，x應(yīng)滿足：否則應(yīng)按受壓破壞（小偏心受壓）計(jì)算為了保證型鋼受壓翼緣屈服,x尚應(yīng)滿足：

型鋼為Ⅰ級(jí)鋼時(shí)，型鋼為Ⅱ級(jí)鋼時(shí)，對(duì)中和軸取矩可得：（5.62）確為大偏心（5.63）（5.64）（5.65）為了適應(yīng)雙向水平力（如風(fēng)、地震作用）作用的情51若即對(duì)稱配鋼則有：由上式便可解得，柱所能承擔(dān)的彎矩。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：其中為型鋼截面高度，為偏心距增大系數(shù)

考慮偏心率影響的系數(shù)考慮長(zhǎng)細(xì)比影響的系數(shù)可不考慮長(zhǎng)細(xì)比影響，即取大偏心受壓可不考慮偏心率影響，即?。?.66）（5.67）（5.68）若52如果式不能滿足，則說(shuō)明受壓翼緣在極限狀態(tài)時(shí)不屈服，應(yīng)按不考慮受壓翼緣計(jì)算，此時(shí)應(yīng)力圖形如圖圖5.17時(shí)的應(yīng)力圖形

如果式不能滿足，則說(shuō)明受壓翼緣在極限狀態(tài)時(shí)不屈服，應(yīng)按不考慮53（5.69）（5.71）（5.70）對(duì)中和軸取矩可得：如果不僅有（I級(jí)鋼）或（Ⅱ級(jí)鋼），更有，則受壓鋼筋亦不屈服，此時(shí)，令（5.72）（5.73）（5.69）（5.71）（5.70）對(duì)中和軸取矩可得：如果不54（5.74）可求得極限彎矩

4.6.4配實(shí)腹型鋼小偏心受壓柱的計(jì)算當(dāng)按式或式計(jì)算的x值有則屬受壓破壞（小偏心）。其應(yīng)力應(yīng)變圖形如圖所示腹板未屈服區(qū)高度d仍有：型鋼為Ⅰ級(jí)鋼時(shí)，型鋼為Ⅱ級(jí)鋼時(shí),

（5.75）（5.74）可求得極限彎矩4.6.55圖5.18小偏心受壓應(yīng)力應(yīng)變圖圖5.18小偏心受壓應(yīng)力應(yīng)變圖56型鋼受拉（或受壓較小側(cè)）翼緣及受拉鋼筋不屈服，其應(yīng)力可根據(jù)平截面假定計(jì)算：型鋼未屈服翼緣應(yīng)力：未屈服受拉鋼筋應(yīng)力:上述應(yīng)力正值為拉，負(fù)值為壓。由圖4.55所示的應(yīng)力圖形，軸向力平衡，得：（5.76）（5.77）（5.78）型鋼受拉（或受壓較小側(cè)）翼緣及受拉鋼筋不屈服，其應(yīng)力可根57對(duì)實(shí)際中和軸（x處）取矩，根據(jù)力矩平衡（5.79）聯(lián)立和即求得承載能力N

及，但是x必須滿足

時(shí)，說(shuō)明柱全截面受壓，此時(shí)應(yīng)力圖形如圖所示

（5.80）對(duì)實(shí)際中和軸（x處）取矩，根據(jù)力矩平衡（5.79）聯(lián)立和即求58圖5.19全截面受壓時(shí)偏壓柱應(yīng)力應(yīng)變圖根據(jù)平截面假定求得受壓較小側(cè)型鋼翼緣鋼筋的應(yīng)力：（5.81）（5.82）圖5.19全截面受壓時(shí)偏壓柱應(yīng)力應(yīng)變圖根據(jù)平截面假定求得受59式中x值仍按式求得的h的值代入。全截面受壓時(shí)承載力:對(duì)受壓較小側(cè)型鋼翼緣取矩，根據(jù)力矩平衡可得

（5.83）（5.84）式中x值仍按式求得的h的值代入。（5.83）（5.84）60將d值代入又可得：型鋼為Ⅰ級(jí)鋼：（5.85）（5.86）型鋼為Ⅱ級(jí)鋼：（5.87）將d值代入又可得：（5.85）（5.86）型鋼為Ⅱ級(jí)鋼：（561如果用和式求得的而用和式求得的，可近似認(rèn)為，此時(shí)受壓較小側(cè)型鋼翼緣與鋼筋的應(yīng)力可分別按代入，即（5.88）（壓）（壓）然后將上式及代入及式計(jì)算承載能力。如果用和式求得的而用和式求62有下列情況之一,均可按照界限破壞來(lái)計(jì)算柱的承載能力。按大偏心受壓考慮,式4.101或4.102求得的或；按小偏心受壓考慮,式4.116或4.117求得的或；(3)按大偏心受壓計(jì)算得,

而按小偏心受壓考慮計(jì)算得。界限破壞時(shí)，柱的應(yīng)力應(yīng)變圖形如圖5.20所示。5.6.5配實(shí)腹型鋼柱界限破壞時(shí)的計(jì)算

有下列情況之一,均可按照界限破壞來(lái)計(jì)算柱的承載能力。5.6.63圖5.20界限破壞應(yīng)力應(yīng)變圖圖5.20界限破壞應(yīng)力應(yīng)變圖64由軸向力的平衡可得承載能力：

對(duì)型鋼受拉翼緣取矩得:

（5.89）（5.90）Ⅰ級(jí)鋼Ⅱ級(jí)鋼由軸向力的平衡可得承載能力：對(duì)型鋼受拉翼緣取矩得:（5.655.6.5配角鋼骨架柱的計(jì)算

配角鋼骨架柱可以不配縱筋與箍筋，可以減小混凝土保護(hù)層，破壞時(shí)雖有粘結(jié)裂縫，但對(duì)承載能力影響不大。減小保護(hù)層，增大了角鋼的力臂，使其能發(fā)揮更大的作用。腹桿應(yīng)有平腹桿與斜腹桿，斜腹桿不僅能抗剪（相當(dāng)于彎起鋼筋），而且主要能保證施工階段骨架的穩(wěn)定性，否則將成為可變體系。不能以斜腹桿完全代替平腹桿，因?yàn)樾备箺U不能適應(yīng)雙向剪力而風(fēng)力、水平地震作用都是雙向的。配角鋼骨架的軸心受壓柱的承載能力各符號(hào)意義仍同前式，穩(wěn)定系數(shù)仍按表采用。按破壞形態(tài)區(qū)分仍可分為三類，即受拉破壞（大偏心受壓）、受壓破壞（小偏心受壓）及界限破壞。界限破壞時(shí)受壓區(qū)高度（5.91）（5.92）5.6.5配角鋼骨架柱的計(jì)算（5.91）（5.92）661.大偏心受壓時(shí)的應(yīng)力圖形及承載能力計(jì)算如下：圖5.21大偏心受壓應(yīng)力圖1.大偏心受壓時(shí)的應(yīng)力圖形及承載能力計(jì)算如下：圖5.21大67（5.93）（5.96）（5.94）（5.95）當(dāng)為對(duì)稱配鋼時(shí)必須滿足以保證受拉角鋼屈服同時(shí)必須滿足Ⅰ級(jí)鋼Ⅱ級(jí)鋼以保證極限狀態(tài)時(shí)受壓型鋼屈服（5.97）（5.98）（5.93）（5.96）（5.94）（5.95）當(dāng)為對(duì)稱配鋼68若式不能滿足，說(shuō)明極限狀態(tài)時(shí)受壓型鋼不屈服，此時(shí)取受壓角鋼應(yīng)力為，則（5.100）（5.99）（5.101）或?qū)κ軌航卿撝匦娜【乜砂雌浇孛婕俣ㄇ蟮茫?.102）（5.103）Ⅰ級(jí)鋼Ⅱ級(jí)鋼若式不能滿足，說(shuō)明極限狀態(tài)時(shí)受壓型鋼不屈服，此時(shí)取受壓角鋼應(yīng)692.如果式不滿足，即則為小偏心受壓此時(shí)受拉角鋼，或者離軸向力較遠(yuǎn)側(cè)角鋼可能受拉也可能受壓，但均達(dá)不到屈服，此時(shí)應(yīng)力可根據(jù)平截面假定求得：Ⅰ級(jí)鋼Ⅱ級(jí)鋼（5.104）承載能力按下列公式計(jì)算（5.105）（5.106）2.如果式不滿足，即則為小偏心受70對(duì)受拉角鋼取矩應(yīng)滿足如果按或式計(jì)算，，按計(jì)算并又有則可按界限狀態(tài)計(jì)算（5.107）（5.108）（5.109）對(duì)受拉角鋼取矩（5.107）（5.108）（5.109）71型鋼混凝土柱的斜截面承載能力計(jì)算

5.7.1柱的剪切破壞形態(tài)及其影響因素

剪切破壞形態(tài)根據(jù)試驗(yàn)，柱剪切破壞主要與剪跨比、軸壓比、配鋼形式等因素有關(guān)，仍可歸納為三種主要破壞形態(tài)：

剪切斜壓破壞、剪切粘結(jié)破壞、彎剪破壞

2.影響剪切破壞的因素剪跨比的影響:

剪跨比在一定范圍內(nèi)()時(shí)對(duì)柱的剪切開(kāi)裂荷載與剪切承載力有著明顯的影響。一般剪切承載能力隨著剪跨比的增大而減小。(2)軸壓比的影響:軸壓力的存在使柱的斜向開(kāi)裂荷載及極限抗剪強(qiáng)度均有提高。而在一定范圍內(nèi)()隨著軸壓比的增加柱的剪切承載力基本上是線性增加。但是軸壓越大，柱的延性越差，軸壓比是影響柱延性的主要因素，因此在柱子設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要構(gòu)造規(guī)定是關(guān)于軸壓比的限制。

型鋼混凝土柱的斜截面承載能力計(jì)算724.7.2開(kāi)裂荷載的計(jì)算

1.彎曲開(kāi)裂荷載（取圖）當(dāng)柱中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。彎曲開(kāi)裂荷載為2.剪切開(kāi)裂荷載

型鋼混凝土柱的剪切開(kāi)裂荷載計(jì)算公式如下:靜力荷載下:抗震計(jì)算中,則取:

（5.110）（5.111）（5.112）4.7.2開(kāi)裂荷載的計(jì)算（5.110）（5.111）（73圖5.22柱隔離體圖圖5.22柱隔離體圖745.7.3柱的抗剪承載力計(jì)算

型鋼混凝土柱的抗剪強(qiáng)度:根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)回歸分析并考慮到可靠度的要求調(diào)整得到型鋼混凝土柱的抗剪能力計(jì)算公式:配實(shí)腹式工字鋼的型鋼混凝土柱,剪切粘結(jié)破壞承載能力為:抗震計(jì)算時(shí)，取（5.114）（5.115）（5.113）5.7.3柱的抗剪承載力計(jì)算（5.114）（5.115752)配角鋼骨架的型鋼混凝土柱,剪切承載能力為:抗震計(jì)算時(shí)，取式～中配實(shí)腹鋼柱；無(wú)縱筋的配角鋼骨架柱；同一截面內(nèi)與剪力方向一致的水平腹板桿截面積總和；同一截面內(nèi)斜腹桿截面積總和。（5.116）（5.117）（5.116）（5.117）76當(dāng)時(shí)，取當(dāng)時(shí)，取當(dāng)時(shí)，取為柱截面面積3.截面限制條件:當(dāng)時(shí)，取775.8型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)

5.8.1概述

根據(jù)梁柱形式的不同，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)有以下幾種類型(圖5.23)

1)配角鋼骨架的梁柱節(jié)點(diǎn)。見(jiàn)圖a2)梁柱中均為配實(shí)腹工字鋼的梁柱節(jié)點(diǎn)。見(jiàn)圖b3)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。此時(shí)梁中型鋼可在節(jié)點(diǎn)中通過(guò)，保持貫通。見(jiàn)圖c4)連接型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)。見(jiàn)圖d5.8型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)78圖5.23型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)型式圖5.23型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)型式795.8.2節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究

1.破壞過(guò)程及破壞形態(tài)（圖）2.滯回曲線（圖）及骨架曲線（圖）3.變形性能及延性4.耗能性能5.剛度及剛度退化6.軸壓比影響

型鋼混凝土與鋼筋混凝土相比，其變形性能及延性、剛度明顯增加。耗能性能是鋼筋混凝土的三倍。5.8.2節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)研究80圖5.24節(jié)點(diǎn)裂縫圖圖5.24節(jié)點(diǎn)裂縫圖81圖5.25型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)滯回曲線圖5.25型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)滯回曲線82圖5.26骨架曲線圖5.26骨架曲線835.8.3節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理

柱型鋼翼緣與水平加勁肋構(gòu)成了一個(gè)剛性框，節(jié)點(diǎn)混凝土受力后形成斜壓桿，混凝土斜壓桿和型鋼腹板可視為剛性框中的斜桿、斜壓腹桿。這些腹桿僅承受軸向力。構(gòu)成圖所示的五次超靜定剛桁架。2.鋼“框架-剪力墻”機(jī)理

鋼筋混凝土的抗剪可視為由混凝土斜壓桿加桁架的抗剪機(jī)理。斜壓桿主要承受梁端、柱端之壓應(yīng)力,鋼筋與斜壓混凝土構(gòu)成的桁架主要承受梁端、柱端之拉應(yīng)力及剪應(yīng)力。見(jiàn)圖。5.8.3節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理84圖5.27節(jié)點(diǎn)鋼桁架受力機(jī)理圖5.27節(jié)點(diǎn)鋼桁架受力機(jī)理85圖5.28節(jié)點(diǎn)中混凝土部分受力機(jī)理圖5.28節(jié)點(diǎn)中混凝土部分受力機(jī)理865.8.4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)的基本假定：（1）節(jié)點(diǎn)斜裂縫出現(xiàn)以前基本處于彈性工作階段；（2）節(jié)點(diǎn)斜裂縫出現(xiàn)時(shí)，鋼與混凝土變形協(xié)調(diào)；（3）忽略翼緣框直接承受的剪力；型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)抗裂計(jì)算時(shí)的建議公式:

其中折算截面軸壓比

（5.118）（5.119）5.8.4節(jié)點(diǎn)的抗裂計(jì)算（5.118）（5.119）874.8.5節(jié)點(diǎn)抗剪承載能力計(jì)算

1.配實(shí)腹型鋼的節(jié)點(diǎn)計(jì)算

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:型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式為:中節(jié)點(diǎn):邊節(jié)點(diǎn):（5.120）（5.121）（5.122）4.8.5節(jié)點(diǎn)抗剪承載能力計(jì)算（5.120）（5.1288圖5.29型鋼腹板應(yīng)力圖5.29型鋼腹板應(yīng)力892.配角鋼骨架的節(jié)點(diǎn)計(jì)算配角鋼骨架的型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的承載能力公式：中節(jié)點(diǎn):邊節(jié)點(diǎn):

3.節(jié)點(diǎn)截面面積尚應(yīng)符合截面限制條件（5.123）（5.124）（5.125）2.配角鋼骨架的節(jié)點(diǎn)計(jì)算（5.123）（5.124）（5.904.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)剪力的計(jì)算圖5.30節(jié)點(diǎn)作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（5.126）4.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)剪力的計(jì)算圖5.30節(jié)點(diǎn)作用力計(jì)算簡(jiǎn)圖（5.915.8.6節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

梁與柱剛接連接的三種形式：全焊接連接、全螺栓連接、栓焊混合連接

圖為柱型鋼與雙向梁型鋼連接

采取機(jī)械錨固（圖為錨腳局部受壓寬度取值）（圖、）5.柱腳：埋入式柱腳（圖）與非埋入式柱腳

（圖）5.8.6節(jié)點(diǎn)構(gòu)造92圖5.31柱型鋼與雙向梁型鋼連接圖5.31柱型鋼與雙向梁型鋼連接93圖5.32錨腳局部受壓寬度取值圖5.32錨腳局部受壓寬度取值94圖5.33梁筋與柱型鋼連接圖5.33梁筋與柱型鋼連接95圖5.34頂節(jié)點(diǎn)柱型鋼與主筋用錨板錨固圖5.34頂節(jié)點(diǎn)柱型鋼與主筋用錨板錨固96圖5.35埋入式柱腳圖5.35埋入式柱腳97圖5.36非埋入式柱腳圖5.36非埋入式柱腳985.10構(gòu)造要求

1.混凝土一般不宜低于C25，鋼筋、鋼箍宜用Ⅰ級(jí)鋼、Ⅱ級(jí)鋼，型鋼應(yīng)用延性較好的普通碳素鋼和低合金鋼。2.型鋼混凝土構(gòu)件中鋼筋及鋼箍的混凝土保護(hù)層應(yīng)符合《混凝土規(guī)范》的規(guī)定，配實(shí)腹型鋼的保護(hù)層不小于50mm，宜采用100mm。3.配實(shí)腹式鋼的型鋼混凝土梁柱中縱筋總面積不小于0.5%bh，d不小于14mm，梁中型鋼配鋼量不小于3%bh，柱中不小于4%bh，也不應(yīng)大于15%bh，宜在10%以下。4.配角鋼骨架的梁的縱向角鋼含鋼量不小于20%，柱中主角鋼含鋼量不小于3%bh。5.配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土框架，柱型鋼應(yīng)開(kāi)通，梁型鋼在柱型鋼兩側(cè)斷開(kāi)，可與柱型鋼用角焊（鋼板?。┗蚪涌诤?，并在梁上下翼緣水平處，柱中焊接厚度不小于梁翼緣的加勁肋，以有效傳遞內(nèi)力。6.地震區(qū)的型鋼混凝土柱的軸壓比應(yīng)符合《抗震規(guī)范》和《混凝土規(guī)范》的要求，但軸壓比應(yīng)按下式計(jì)算5.10構(gòu)造要求997.型鋼混凝土中型鋼板的寬厚比應(yīng)符合規(guī)定，型鋼鋼板厚度尚應(yīng)符合下列規(guī)定：腹板且翼緣且7.型鋼混凝土中型鋼板的寬厚比應(yīng)符合規(guī)定，型鋼鋼板厚度尚應(yīng)符1008.下部為型鋼混凝土上部為鋼筋混凝土的框架，應(yīng)設(shè)置過(guò)渡層。過(guò)渡層設(shè)在鋼筋混凝土層，型鋼混凝土的型鋼應(yīng)伸入鋼筋混凝土層并焊有栓釘。9.下部為型鋼混凝土上部為鋼結(jié)構(gòu)的框架，也應(yīng)設(shè)過(guò)渡層，過(guò)渡層設(shè)在鋼結(jié)構(gòu)層，此時(shí)鋼結(jié)構(gòu)的過(guò)渡層應(yīng)外包混凝土，過(guò)渡層鋼柱應(yīng)向下伸入型鋼混凝土層并焊有栓釘。10.型鋼混凝土剪力墻分無(wú)邊框與有邊框的。有邊框的即墻兩端設(shè)有型鋼混凝土柱。無(wú)邊框的則在墻兩端設(shè)型鋼混凝土暗柱。8.下部為型鋼混凝土上部為鋼筋混凝土的框架，應(yīng)設(shè)置過(guò)渡層。過(guò)101第五章型鋼混凝土結(jié)構(gòu)—SteelReinforcedConcreteStructures

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)又稱鋼骨混凝土、勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是指柱、梁等構(gòu)件，用型鋼做骨架，外包鋼筋混凝土所形成的結(jié)構(gòu)。

第五章型鋼混凝土結(jié)構(gòu)1025.1概述1.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)造鋼或少量受力鋼筋。配置構(gòu)造鋼筋、少量受力鋼筋及鋼箍主要目的是約束周圍混凝土以及補(bǔ)足所配型鋼的不足。2.按配鋼型式，可分為配實(shí)腹型鋼和配空腹式型鋼兩大類。配實(shí)腹鋼：可配軋鋼或焊接工字鋼、H型鋼、槽鋼等，配鋼方式如圖所示。此時(shí)必須還配有構(gòu)造鋼筋與鋼箍。配空腹鋼：是由角鋼構(gòu)成的空間桁架式骨架，可以不配構(gòu)造鋼筋與鋼箍，因其本身就能約束混凝土，直腹桿與斜腹桿也為角骨鋼構(gòu)成，可抗剪。3.型鋼混凝土可以作為柱、梁、剪力墻和筒體等。4.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)度大、剛度大，可減小構(gòu)件斷面，減少結(jié)構(gòu)面積；②延性好、耗能性能好，因而抗震性能好；5.1概述103圖型鋼混凝土構(gòu)件5.1圖型鋼混凝土構(gòu)件5.1104③工廠化制作程度高加快施工安裝速度，改善勞動(dòng)條件；④可利用鋼骨架掛模、滑模，節(jié)省模板、方便施工；⑤比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省大量鋼材，與全鋼結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)約鋼材1/3左右。且剛度大，減少側(cè)移、防火防銹性能好。5.適用范圍：①高層、超高層建筑②地震區(qū)建筑③大跨度梁④荷載特別重的梁、柱等。型鋼混凝土梁正截面承載能力分析

5.2.1試驗(yàn)研究③工廠化制作程度高加快施工安裝速度，改善勞動(dòng)條件；105配實(shí)腹鋼梁圖5.2M-f試驗(yàn)曲線配實(shí)腹鋼梁106根據(jù)型鋼混凝土梁的試驗(yàn)，在加載初期，型鋼與混凝土之間滑移較小，基本能保持共同工作，平截面假定成立。當(dāng)荷載加大較大，約極限荷載的80%以后，滑移明顯，直至破壞。其應(yīng)變?nèi)鐖D所示。平截面假定不成立。但是為了便于計(jì)算可以將其折算成一個(gè)修正平截面(見(jiàn)圖4.10)。由于鋼筋混凝土有所降低，約為～，建議可取，由于滑移影響，促使受壓區(qū)保護(hù)層較容易剝落。因此影響到承載能力有所降低。圖5.3應(yīng)變突變根據(jù)型鋼混凝土梁的試驗(yàn)，在加載初期，型鋼與混凝土之107圖5.4平均應(yīng)變圖5.4平均應(yīng)變108圖5.5空腹式配鋼構(gòu)件圖5.5空腹式配鋼構(gòu)件1095.2.2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)苑掀浇孛婕俣ǎㄐ拚浇孛妫?)破壞時(shí)，梁受壓區(qū)邊緣的混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力圖形可取矩形分布，其中應(yīng)力可取，受壓區(qū)折算高度，x0為受壓區(qū)實(shí)際高度。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計(jì)算時(shí)，根據(jù)中和軸位置不同分：①在型鋼腹板中通過(guò)；②不通過(guò)型鋼；③中和軸恰好在型鋼受壓翼緣中通過(guò)。

1)情況③可以作為判別其他兩種情況的界限，其應(yīng)力如圖()所示。5.2.2配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土梁正截面承載能力計(jì)算110圖5.6中和軸在型鋼受壓翼緣中通過(guò)時(shí)的應(yīng)力圖形

圖5.6中和軸在型鋼受壓翼緣中通過(guò)時(shí)的應(yīng)力圖形111由于中和軸在型鋼上翼緣通過(guò)，可認(rèn)為其應(yīng)力為零，不考慮上翼緣作用由力的平衡可得此時(shí)受壓區(qū)高度:如果求得的之間，即按此種情況考慮其極限彎矩為（對(duì)型鋼上翼緣邊緣取矩）其中因?yàn)橐砭壈搴癖刃弯摳叨刃〉枚啵虼巳×Ρ蹠r(shí)忽略翼緣板厚的影響如果上下翼緣面積相等，即型鋼對(duì)稱，則承載能力計(jì)算公式

（5.1）（5.2a）（5.2b）由于中和軸在型鋼上翼緣通過(guò)，可認(rèn)為其應(yīng)力為零，不考慮上翼緣作112其中為型鋼全截面面積；符號(hào)：—梁全高；—型鋼截面高；—梁寬；-分別表示受拉鋼筋重心至受拉區(qū)邊緣和受壓鋼筋重心至受壓區(qū)邊緣的距離；-分別為型鋼下翼緣至受拉邊緣和型鋼上翼緣至受壓區(qū)邊緣的距離；-分別為受拉鋼筋和受壓鋼筋的截面積；-分別為型鋼下翼緣與上翼緣的截面積；-型鋼腹板厚度；-分別為受拉鋼筋、受壓鋼筋型鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。同時(shí)必須保證（受拉翼緣屈服）（5.3）為型鋼彈性模量其中為型鋼全截面面積；（5.3）為型鋼彈性模量1132)如果按式計(jì)算得的，屬于第一種情況，即中和軸在型鋼腹板中通過(guò)（①），按下列應(yīng)力圖形（圖）計(jì)算。圖5.7中和軸在型鋼腹板中通過(guò)時(shí)的應(yīng)力圖形

2)如果按式計(jì)算得的，屬于第一種情況，即114此時(shí)應(yīng)根據(jù)力的平衡重新計(jì)算受壓區(qū)高度，一般地如果一般地當(dāng)型鋼對(duì)稱,即（5.4a）（5.4b）（5.5）(5.4),則,則對(duì)中和軸取矩，可得極限彎矩此時(shí)應(yīng)根據(jù)力的平衡重新計(jì)算受壓區(qū)高度，一般地（5.4a）（5115同樣承載能力計(jì)算應(yīng)有且保證否則，仍按第三種情況即（）式計(jì)算為了保證型鋼受拉翼緣屈服，還必須滿足（）式，在第一種情況中，如果，此條件一般都能滿足，不必驗(yàn)算，如果上下翼緣不等的配鋼，（）式不能滿足時(shí)，應(yīng)加大受壓翼緣的面積。3)如果按（）式求得的，則屬于第二種情況，即中和軸不通過(guò)型鋼（②），此時(shí)按下壓力圖形（圖）計(jì)算根據(jù)力的平衡，可得受壓區(qū)高度必須滿足，（且必須滿足式以保證型鋼下翼緣屈服，如不滿足式要求，則應(yīng)調(diào)整配鋼）（4.6）同樣承載能力計(jì)算應(yīng)有且保證（4.6116圖5.8中和軸不通過(guò)型鋼的應(yīng)力圖形

圖5.8中和軸不通過(guò)型鋼的應(yīng)力圖形117如果尚有則能保證型鋼全截面屈服，此時(shí)極限承載能力按下式計(jì)算若則說(shuō)明中和軸距上翼緣很近，不考慮上翼緣作用可按情況三計(jì)算（5.2）,然后對(duì)型鋼上翼緣取矩，可得極限承載能力（5.7）（5.8）（5.9）（5.10）如果尚有（5.7）（5.8）（5.9）（5.10）118型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，往往不是根據(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，在保證安全的前提下，盡量配得構(gòu)件受力合理（尤其是型鋼）而且經(jīng)濟(jì)，這就需要豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及工程界人士進(jìn)一步深入研究。如果按式或、式算得的，而按式算得的x又有，則可視為第三種情況，即按和計(jì)算極限承載力，不論哪種情況均應(yīng)有（5.11）型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，往往不是1193.T形截面梁的計(jì)算

T形截面梁當(dāng)中和軸在梁的受壓翼緣中通過(guò)時(shí)，可按寬為的矩形截面梁進(jìn)行計(jì)算見(jiàn)圖(5.9)。圖3.T形截面梁的計(jì)算圖120若為圖a的配鋼情況,可按下式判定中和軸在梁的受壓翼緣中通過(guò):

或若為圖b判定中和軸在梁的受壓翼緣中通過(guò)的公式如下

（5.13）（5.13a）（5.12）（5.12a）若為圖a的配鋼情況,可按下式判定中和軸在梁的受壓翼（5.13121

配角鋼骨架的型鋼混凝土梁的正截面承載力計(jì)算1）由于配的是角鋼焊成空間桁架，它對(duì)核心混凝土有很好的約束作用。因此對(duì)混凝土的強(qiáng)度與構(gòu)件的延性均有所提高。2）由于腹桿也是由角鋼焊成，這些直腹桿與斜腹桿不僅可代替鋼箍彎起筋抵抗剪力，而且也改善了型鋼與混凝土的粘結(jié)。所以這一類構(gòu)件直至破壞前，型鋼與混凝土都能保持共同工作，符合平截面假定，粘結(jié)滑移問(wèn)題不突出。3）由于配的空間桁架具有較大的剛度，所以構(gòu)件剛度比鋼筋混凝土梁有所提高。4）由于角鋼配在構(gòu)件四周，粘結(jié)性能又較好，因此混凝土保護(hù)層可比配實(shí)腹鋼構(gòu)件減少，和普通鋼筋混凝土構(gòu)件相當(dāng)，而且可以不必再配構(gòu)造鋼筋與鋼箍。5）剛度較大的角鋼骨架，對(duì)裂縫開(kāi)展起到阻滯作用。配角鋼骨架的型鋼混凝土梁的正截面承載力計(jì)算122根據(jù)以上試驗(yàn)分析，配角鋼骨架梁具有下列優(yōu)越性：1）強(qiáng)度、剛度、延性均有提高，因此比鋼筋混凝土梁抗震性能得到明顯改善；2）角鋼骨架本身具有較大的強(qiáng)度與剛度，可以用作掛模，承受施工荷載，節(jié)省模板，便于施工；3）由于保護(hù)層小，鑿去較小的混凝土保護(hù)層即可焊接小型附件，省去許多繁瑣的預(yù)埋件。因此這種梁適用于高層、地震區(qū)、大跨度及小型預(yù)埋件多的工業(yè)建筑（水電廠、化工廠等）。1）在配鋼適量的情況下，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)變平截面假定適用；3）極限狀態(tài)時(shí)混凝土應(yīng)力圖形可以折算為矩形應(yīng)力圖形，其應(yīng)力值可取，混凝土極限壓應(yīng)變?nèi)?。根?jù)以上試驗(yàn)分析，配角鋼骨架梁具有下列優(yōu)越性：1234）極限狀態(tài)時(shí)不考慮混凝土的受拉作用；5）由于型鋼骨架對(duì)核心混凝土的約束作用，使構(gòu)件承載能力提高。正截面承載力計(jì)算可以按以下應(yīng)力圖形:圖5.10應(yīng)力圖形（1）4）極限狀態(tài)時(shí)不考慮混凝土的受拉作用；圖5.10124根據(jù)應(yīng)力圖形(1),由力的平衡得：

對(duì)受壓區(qū)邊緣取矩，根據(jù)力矩平衡條件,可得極限彎矩:式中，分別表示受拉型鋼和受壓型鋼形心至受拉區(qū)邊緣和受壓區(qū)邊緣的距離；為考慮型鋼骨架對(duì)混凝土的約束承載能力提高系數(shù)，與腹桿間距等因素有關(guān)，取一平均偏小值（）式求得的x，必須滿足：（）（5.14）（）根據(jù)應(yīng)力圖形(1),由力的平衡得：125受壓區(qū)高度還必須滿足:T形截面配角鋼骨架的型鋼混凝土梁依據(jù)受力及配鋼不同分為兩種情況，即中和軸在翼緣通過(guò)或在腹板中通過(guò)。當(dāng)中和軸在翼緣下緣通過(guò)時(shí)可作為這兩種情況的界限，見(jiàn)應(yīng)力圖形(2),可計(jì)算極限彎矩:圖5.11應(yīng)力圖形（2）（5.17）受壓區(qū)高度還必須滿足:圖5.11應(yīng)力圖形（2）（5.1126∴①當(dāng)

或時(shí)屬于第一種情況；即中和軸在翼緣中通過(guò),如圖所示。（5.18）（5.19）（5.20）（5.21）∴①當(dāng)127圖5.12中和軸在翼緣中通過(guò)的應(yīng)力圖形圖5.12中和軸在翼緣中通過(guò)的應(yīng)力圖形128此時(shí)若可得極限彎矩否則應(yīng)按照求得極限彎矩:②當(dāng)或?qū)儆诘诙N情況，即中和軸在梁腹板中通過(guò),應(yīng)力圖見(jiàn)圖所示。

（5.22）（5.23）（5.24）（5.25）此時(shí)若（5.22）（5.23）（5.24）（5.25）129圖5.13中和軸在梁腹板中通過(guò)的應(yīng)力圖形圖5.13中和軸在梁腹板中通過(guò)的應(yīng)力圖形130由上圖所示應(yīng)力圖形，根據(jù)力的平衡可得受壓區(qū)高度當(dāng)時(shí)，極限彎矩當(dāng)時(shí)（5.26）（5.27）（5.28）由上圖所示應(yīng)力圖形，根據(jù)力的平衡可得受壓區(qū)高度（5.26）（1315.3型鋼混凝土梁斜截面承載能力分析

5.3.1試驗(yàn)研究與破壞形態(tài)

型鋼混凝土梁的剪切破壞形態(tài)一般有三類：1.剪切斜壓破壞：一般當(dāng)剪跨比很小()時(shí)發(fā)生；2.剪切粘結(jié)破壞：這是因?yàn)樾弯摶炷翗?gòu)件中，型鋼與混凝土粘結(jié)力差是其薄弱環(huán)節(jié)，因此當(dāng)剪跨比較小時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生剪切粘結(jié)破壞，產(chǎn)生剪切粘結(jié)破壞裂縫。配置箍筋能增加對(duì)混凝土的約束，對(duì)防止粘結(jié)破壞有利。對(duì)受均布荷載的梁，由于梁上有荷載“壓迫”作用，所以保護(hù)層不易發(fā)生粘結(jié)剝落。3.彎剪破壞（剪壓破壞）：當(dāng)剪跨比較大時(shí)（）發(fā)生剪壓破壞，先由彎矩影響產(chǎn)生垂直裂縫，隨剪力增加發(fā)展為斜裂縫，最后剪壓區(qū)混凝土壓碎而破壞。5.3.2影響梁抗剪能力的因素1.剪跨比：實(shí)際反映了彎剪共同作用時(shí)，彎矩與剪力作用所5.3型鋼混凝土梁斜截面承載能力分析132占比例。越大說(shuō)明以彎矩為主，越小說(shuō)明以剪力為主。所以剪跨比不僅影響到構(gòu)件抗剪強(qiáng)度，而且影響到破壞形態(tài)，一般發(fā)生剪切斜壓破壞，發(fā)生剪切粘結(jié)破壞，發(fā)生彎曲剪切破壞（剪壓破壞），發(fā)生彎曲破壞。越小（M影響越?。┛辜魪?qiáng)度較高，越大（M影響越大）抗剪強(qiáng)度越低。2.加載方式：均布荷載作用下，粘結(jié)力較好，抗剪強(qiáng)度高，同時(shí)剪跨比對(duì)其影響不大；集中荷載作用下，抗剪強(qiáng)度較低，同時(shí)剪跨比對(duì)其影響明顯。3.混凝土的強(qiáng)度等級(jí)：混凝土強(qiáng)度影響到斜壓桿強(qiáng)度，剪壓區(qū)強(qiáng)度以及粘結(jié)力等。4.含鋼率與型鋼強(qiáng)度：含鋼率越高，型鋼強(qiáng)度越高，抗剪能力越大。5.寬度比：在一定范圍內(nèi)越大，型鋼約束的混凝土相對(duì)較多，梁的抗剪強(qiáng)度與變形能力提高。6.型鋼翼緣的保護(hù)層：保護(hù)層太小，易發(fā)生粘結(jié)破壞，產(chǎn)生較大滑移。占比例。越大說(shuō)明以彎矩為主，越小說(shuō)明以剪力為主。1337.含箍率：鋼箍本身承擔(dān)剪力，且能約束混凝土，因此使抗剪能力提高，因此在配實(shí)腹鋼的型鋼混凝土構(gòu)件，必須配置必要的鋼箍。5.3.3配實(shí)腹式型鋼的抗剪承載力計(jì)算斜壓破壞的型鋼混凝土梁，在剪切破壞前大致平行的斜裂縫將剪跨區(qū)的混凝土分割成若干斜壓桿?；炷梁托弯摳拱逡黄饏⒓有眽簵U工作。由于斜壓桿主要傳遞軸向壓力，因此全梁猶如一個(gè)拱，斜壓桿作為傳遞壓力拱圈，型鋼受拉翼緣及縱向受拉鋼筋作為拱的拉桿，因此，剪切斜壓破壞可假定為拉拱作用機(jī)理。彎曲剪切破壞的應(yīng)力見(jiàn)圖梁的抗剪承載力計(jì)算公式混凝土抗力

其中為混凝土的抗力系數(shù)。（5.29）（5.30）7.含箍率：鋼箍本身承擔(dān)剪力，且能約束混凝土，因此使抗剪能力134圖5.14彎曲剪切破壞時(shí)的應(yīng)力圖形圖5.14彎曲剪切破壞時(shí)的應(yīng)力圖形135型鋼腹板的抗力為型鋼的抗力系數(shù)

鋼箍承擔(dān)的剪力:均布荷載

集中荷載

在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上回歸分析，并參考到可靠指標(biāo)的要求，得出：均布荷載作用下的矩形梁，以及T形梁工字形梁注：或?qū)⑹接疫叺谝豁?xiàng)改為其中，為型鋼腹板厚度與高度，為型鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，其余符號(hào)用同《混凝土規(guī)范》。（5.34）（5.31）（5.32）（5.33）型鋼腹板的抗力（5.34）（5.31）（5.32）（5.33136上式中，第一項(xiàng)為混凝土的抗力；第二項(xiàng)為型鋼的抗力（只考慮腹板作用）；第三項(xiàng)為鋼箍的作用。在集中荷載作用下的獨(dú)立矩形梁：注：亦可將式右邊第一項(xiàng)改為當(dāng)時(shí)，?。划?dāng)時(shí)，取。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，均布荷載作用下（5.35）（5.36）上式中，第一項(xiàng)為混凝土的抗力；第二項(xiàng)為型鋼的抗力（只137集中荷載作用下：剪切抗力調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：且應(yīng)有：，截面限制條件比鋼筋混凝土梁略松。5.3.3配角鋼骨架梁的抗剪承載力計(jì)算均布荷載作用下的矩形梁、以及T形梁、工字梁：集中荷載作用下的矩形獨(dú)立梁：當(dāng)時(shí)，??；當(dāng)時(shí)，取。（5.37）（5.38）（5.39）集中荷載作用下：（5.37）（5.38）（5.39）138同樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：以及應(yīng)有：符號(hào)：受拉角鋼重心到混凝土受壓邊緣的距離；豎腹板與斜腹桿的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；同一截面內(nèi)豎腹桿截面面積總和；與斜裂縫相交的斜腹桿面積的總和；豎腹桿的中心距；斜腹桿與水平軸夾角。同樣，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)：均布荷載集中荷載（5.40）（5.41）同樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：（5.40）（5.41）1395.4型鋼混凝土梁的剛度變形計(jì)算

型鋼混凝土構(gòu)件是彈塑性構(gòu)件。隨著荷載的變化，構(gòu)件剛度變化。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：且應(yīng)有：5.4型鋼混凝土梁的剛度變形計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：1405.4.1變形特點(diǎn)及影響因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)型鋼混凝土梁達(dá)到開(kāi)裂荷載后，在M-f曲線并沒(méi)有明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)另一個(gè)特點(diǎn)是使用階段剛度降低較小，比較接近于線性關(guān)系。②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。腹板的存在使型鋼混凝土梁剛度明顯增加。5.4.2剛度計(jì)算型鋼混凝土梁的剛度=

鋼筋混凝土+型鋼+型鋼對(duì)混凝土約束

（5.42）（5.42）1411．平均受壓區(qū)高度的計(jì)算:

在工程中常用Ⅰ、Ⅱ級(jí)鋼筋和熱軋型鋼、低合金鋼，可取忽略t的微小影響則有式中為截面中鋼筋和型鋼的重心到截面混凝土受壓區(qū)邊緣的距離2．裂縫截面受拉鋼筋和型鋼下翼緣應(yīng)力的計(jì)算:

無(wú)論中和軸位置如何，均可統(tǒng)一將鋼筋與型鋼下翼緣的拉應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)化為（5.43）（5.44）1．平均受壓區(qū)高度的計(jì)算:（5.43）（5.44）1423．折算剛心區(qū)寬度bc的計(jì)算:剛心區(qū)折算寬度其中為型鋼翼緣的寬度。時(shí)，取,b為梁截面的寬度。4．型鋼混凝土梁的剛度:

型鋼混凝土梁荷載短期效應(yīng)作用下的剛度計(jì)算

按圖所示的三部分疊加（5.45）（5.46）3．折算剛心區(qū)寬度bc的計(jì)算:（5.45）（5.46）143圖5.15型鋼混凝土梁分項(xiàng)剛度計(jì)算圖圖5.15型鋼混凝土梁分項(xiàng)剛度計(jì)算圖144混凝土部分的剛度按工字形截面計(jì)算:混凝土剛心區(qū)按彈性剛度計(jì)算:型鋼的剛度由下式計(jì)算:

（5.47）（5.48）（5.49）混凝土部分的剛度按工字形截面計(jì)算:（5.47）（5.48）（1455.5型鋼混凝土梁的裂縫計(jì)算

5.5.1抗裂度驗(yàn)算

型鋼混凝土梁的抗裂彎矩可表示為:5.5.2裂縫寬度計(jì)算

平均裂縫寬度：型鋼混凝土梁的最大裂縫寬度：（5.50）（5.51）5.5型鋼混凝土梁的裂縫計(jì)算（5.50）（5.51）146型鋼混凝土柱的正截面承載能力

處于軸壓或偏壓狀態(tài)的柱，達(dá)到承載能力極限狀態(tài)，可能①材料破壞；②由于變形不可收斂發(fā)生失穩(wěn)破壞。4.6.1軸心受壓柱軸心受壓柱的正截面強(qiáng)度

混凝土凈截面面積，即應(yīng)扣除型鋼及鋼筋面積；型鋼有效凈截面面積，即應(yīng)扣除因孔洞削弱部分；縱向受壓鋼筋的截面積；分別為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、縱向鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及型鋼抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；為型鋼混凝土柱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)按表取用。（5.52）型鋼混凝土柱的正截面承載能力（5.52）147換算截面慣性矩?fù)Q算截面面積為混凝土凈截面對(duì)換算截面重心并垂直于彎矩面的軸心慣性矩。為型鋼對(duì)上述軸的慣性矩；為鋼筋對(duì)上述軸的慣性矩。4.6.2配實(shí)腹型鋼偏心受壓柱試驗(yàn)研究及基本假定：配實(shí)腹型鋼偏心受壓柱有兩種破壞形式:

受壓破壞(小偏心受壓破壞)拉壓破壞(大偏心受壓破壞)（5.53）（5.54）（5.55）換算截面慣性矩（5.53）（5.54）（5.55）148承載能力計(jì)算時(shí)可作以下假定:1)破壞時(shí)，梁受壓區(qū)邊緣的混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?2)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力圖形可取矩形分布,其折算應(yīng)力值取fc;3)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，不考慮混凝土受拉區(qū)參加工作;4)無(wú)論哪種破壞形態(tài)，極限狀態(tài)時(shí)，受壓鋼筋與受壓型鋼均能達(dá)到屈服。受拉破壞時(shí)受拉鋼筋、受拉型鋼均能達(dá)到屈服，受壓破壞時(shí)，遠(yuǎn)離軸壓力一側(cè)的型鋼和鋼筋可能受拉或受壓，但其應(yīng)力均達(dá)不到屈服。5)在達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，截面符合修正平截面假定。由以上假定,得出界限破壞時(shí)的受壓區(qū)高度:（5.56）承載能力計(jì)算時(shí)可作以下假定:（5.56）1495.6.3配實(shí)腹型鋼大偏心受壓柱的計(jì)算：大偏心受壓極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D所示:

圖5.16拉壓破壞應(yīng)力應(yīng)變圖5.6.3配實(shí)腹型鋼大偏心受壓柱的計(jì)算：圖5.16拉150根據(jù)平截面假定，由應(yīng)變圖中相似三角形的比例很易求得型鋼腹板未屈服區(qū)高度型鋼為Ⅰ級(jí)鋼時(shí)，型鋼為Ⅱ級(jí)鋼時(shí),由應(yīng)力圖形根據(jù)力的平衡一般地則有如，則更可簡(jiǎn)化為則可得（5.57）（5.58）（5.59）（5.60）（5.61）根據(jù)平截面假定，由應(yīng)變圖中相似三角形的比例很易求得型鋼腹板（151（5.65）為了適應(yīng)雙向水平力（如風(fēng)、地震作用）作用的情況，柱經(jīng)常采用對(duì)稱配鋼，即，則上式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：為了保證極限狀態(tài)時(shí)型鋼受拉翼緣屈服，x應(yīng)滿足：否則應(yīng)按受壓破壞（小偏心受壓）計(jì)算為了保證型鋼受壓翼緣屈服,x尚應(yīng)滿足：

型鋼為Ⅰ級(jí)鋼時(shí)，型鋼為Ⅱ級(jí)鋼時(shí)，對(duì)中和軸取矩可得：（5.62）確為大偏心（5.63）（5.64）（5.65）為了適應(yīng)雙向水平力（如風(fēng)、地震作用）作用的情152若即對(duì)稱配鋼則有：由上式便可解得，柱所能承擔(dān)的彎矩。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有：其中為型鋼截面高度，為偏心距增大系數(shù)

考慮偏心率影響的系數(shù)考慮長(zhǎng)細(xì)比影響的系數(shù)可不考慮長(zhǎng)細(xì)比影響，即取大偏心受壓可不考慮偏心率影響，即?。?.66）（5.67）（5.68）若153如果式不能滿足，則說(shuō)明受壓翼緣在極限狀態(tài)時(shí)不屈服，應(yīng)按不考慮受壓翼緣計(jì)算，此時(shí)應(yīng)力圖形如圖圖5.1