試說(shuō)明剪切連接件的作用和設(shè)置方法

.試說(shuō)明剪切連接件的作用和設(shè)置方法。答：剪切連接件，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，其作用有三：首先必須能足以承受混凝土與鋼界面上的縱向剪力；同時(shí)具有足夠的剪切剛度，使界面處混凝土與鋼的滑移不致過(guò)大；剪切連接件還必須具有足夠的抵抗“掀起力”的能力，使混凝土與鋼不致上下分離，界面處的縱向裂縫足夠小。剪切連接件按其變形能力可分為剛性剪切連接件和柔性剪切連接件。剛性剪切連接件的形式主要為方鋼、T型鋼和馬蹄形鋼等；柔性剪切連接件的形式主要為圓柱頭栓釘、彎筋、槽鋼、角鋼、L形鋼、錨環(huán)以及摩擦型連接的高強(qiáng)度螺栓等。目前，組合結(jié)構(gòu)中常采用栓釘（圓柱頭）剪切連接件，當(dāng)不具備專用設(shè)備焊接栓釘時(shí)，也可以采用彎起鋼筋、槽鋼或其他有可靠連接保證的連接件。（1）栓釘（圓柱頭）連接件：主要利用栓桿來(lái)承受水平剪力、圓頭來(lái)抵抗向上的掀起力。此連接件施工便捷，栓釘下端帶有焊劑，且外套瓷環(huán)，采用專門(mén)電焊機(jī)接觸焊。（2）彎起鋼筋連接件：主要利用鋼筋受拉來(lái)承受水平剪力和向上的掀起力，通過(guò)粘結(jié)力將拉力傳給混凝土。彎起鋼筋的傾倒方向與受力方向一致。（3）槽鋼連接件：主要利用槽鋼抗剪來(lái)抵抗水平剪力，槽鋼的上翼緣用來(lái)承受向上的掀起力。.試說(shuō)明壓型鋼板與混凝土組合樓板在施工和使用階段的變形特點(diǎn)和計(jì)算方法。答：（1）施工階段在施工階段，混凝土尚未達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此不能考慮壓型鋼板與混凝土的組合效應(yīng)，變形計(jì)算中只考慮壓型鋼板的抗彎剛度，在此階段，壓型鋼板應(yīng)處于彈性階段，不允許產(chǎn)生塑性變形而影響使用階段組合板的工作。均布荷載作用下壓型鋼板的撓度為：*心EL式中q1k一施工階段作用在壓型鋼板計(jì)算寬度上的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Ess—壓型鋼板的彈性模量；。一計(jì)算寬度上壓型鋼板的截面慣性矩；l—壓型鋼板的計(jì)算跨度；a一撓度系數(shù)，對(duì)簡(jiǎn)支板，a=—，對(duì)兩跨連續(xù)板，a=—。384 185（2）使用階段在使用階段，混凝土已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并能實(shí)現(xiàn)與壓型鋼板的組合效應(yīng)，因此變形計(jì)算應(yīng)按組合板考慮。組合板的變形計(jì)算可采用彈性理論，對(duì)于具有完全剪切連接的組合板，可按換算截面法進(jìn)行。因?yàn)榻M合板是由鋼和混凝土兩種性能不同的材料組成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為便于計(jì)算，可將其換算成一種材料的構(gòu)件，求出相應(yīng)的截面剛度。當(dāng)考慮荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，可將截面上混凝土的面積除以壓型鋼板與混凝土彈性模量的比值?￡換算為鋼截面；當(dāng)考慮荷載長(zhǎng)期作用下混凝土徐變的影響時(shí)，可將截面上混凝土的面積除以2aE換算為鋼截面。組合板的撓度，應(yīng)分別按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行計(jì)算，并取其中較大值作為變形驗(yàn)算的依據(jù)。使用階段荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)撓度按下式計(jì)算：A=a/，0荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)的撓度按下式計(jì)算：A=a』EIcss0式中q2k一使用階段均布荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；q2q一使用階段均布荷載的準(zhǔn)永久值；一組合板的計(jì)算跨度；10—按全截面有效計(jì)算的組合截面換算截面慣性矩。.何謂組合梁的密實(shí)截面？在什么情況下，組合梁應(yīng)按彈性理論計(jì)算？答：當(dāng)組合梁按塑性理論設(shè)計(jì)時(shí)，組合梁中的鋼梁受壓翼緣與腹板不能太薄，應(yīng)具有足夠的剛度，在構(gòu)件截面達(dá)到屈服應(yīng)力并產(chǎn)生足夠的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)之前，不致由于板件局部屈曲而降低或喪失承載力，此時(shí)截面稱為密實(shí)截面。一般來(lái)講，對(duì)于承受吊車(chē)荷載和公路橋梁中直接承受動(dòng)力荷載的組合梁以及鋼梁中受壓板件的寬厚比較大、不符合塑性設(shè)計(jì)要求且組合截面的中和軸在鋼梁腹板內(nèi)通過(guò)的組合梁，應(yīng)按彈性理論進(jìn)行截面分析。.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，有什么特點(diǎn)？答：與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：（1）變形能力強(qiáng)，抗震性能好。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于混凝土材料的脆性特性，特別是當(dāng)同一層的柱剛度相差較大、負(fù)擔(dān)剪力不均衡或是當(dāng)結(jié)構(gòu)存在較大的偏心扭矩是，構(gòu)件容易發(fā)生剪切破壞，結(jié)構(gòu)的延性較差。型鋼混凝土由于型鋼的存在，構(gòu)件延性得到很大的改善。（2）在截面尺寸相同的條件下，可以合理配置較多的鋼材。超高層建筑底層柱的剪力很大，當(dāng)采用鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)，為了滿足規(guī)范對(duì)軸壓比的要求，柱截面尺寸通常很大，而這類(lèi)短柱的延性往往很差。如果采用型鋼混凝土構(gòu)件，就可以大大提高柱的含鋼率，使柱子的承載能力與變形能力顯著提高。對(duì)于大跨度梁，如果采用鋼筋混凝土構(gòu)件，梁截面高度較大，難以滿足建筑凈空要求，而改用型鋼混凝土構(gòu)件就很容易滿足要求。另外鋼材沒(méi)有徐變問(wèn)題，型鋼混凝土構(gòu)件由于徐變引起的撓度較小。(3)當(dāng)基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、上部為鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)作為過(guò)渡層可以使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力傳遞更為合理。(4)在施工時(shí)，型鋼骨架有較大的承載力?？梢宰鳛槟_手架使用，并可承受模板的重量。如果再利用壓型鋼板作為鋼筋混凝土樓板的模板的話，可以大大節(jié)省模板的工作量。(5)由于在構(gòu)件中同時(shí)存在型鋼和鋼筋，澆注混凝土比較困難。(6)用鋼量大，建設(shè)費(fèi)用較高。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的用鋼量為80?180kg/m2其中型鋼占總用鋼量的20%?50%。與純鋼結(jié)構(gòu)相比，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：(1)混凝土兼有參與構(gòu)件受力與保護(hù)層的功能，經(jīng)濟(jì)性好，可節(jié)省鋼材。(2)結(jié)構(gòu)剛度大，外力作用下變形小，在風(fēng)荷載和地震作用下，結(jié)構(gòu)的水平位移易滿足要求。(3)混凝土有利于提高型鋼的整體穩(wěn)定性，鋼板的局部屈曲、桿件彎曲失穩(wěn)及梁的側(cè)向失穩(wěn)不易發(fā)生，如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)合理，就能保證很好的延性。(4)使用的型鋼規(guī)格較小、鋼板厚度較薄，比較符合目前我國(guó)鋼材軋制的實(shí)際情況。(5)結(jié)構(gòu)自重較大，施工復(fù)雜程度較高。.試以圓形鋼管混凝土柱為例，說(shuō)明鋼管混凝土柱的工作性能。答：鋼管混凝土柱最適于受壓，一般用作以受壓為主的構(gòu)件，其受壓時(shí)強(qiáng)度的提高主要由于混凝土受到來(lái)自于外鋼管的緊箍力。當(dāng)鋼管混凝土柱受到縱向壓力，鋼管和混凝土同時(shí)承擔(dān)此縱向壓力，當(dāng)混凝土的橫向變形超過(guò)鋼管橫向變形時(shí)，就產(chǎn)生了箍緊力p,在鋼管橫向產(chǎn)生拉應(yīng)力ot=C-pp (1)2 2式中t一鋼管壁厚；葭一核心混凝土直徑。

又鋼管與混凝土的橫截面面積之比，即含鋼率aA兀A兀(d+t)t 4(d+t)t=4[4-+(0)2]

ddcc-x nd2 C4一般情況下-=0.01?0.05,應(yīng)用上為了方便，將含鋼率取為d((2)將將（2）式帶入（1）式，并除以混凝土抗壓強(qiáng)度乙得p

T

ckp

T

ck(3)當(dāng)0當(dāng)02趨向鋼管屈服點(diǎn)氣時(shí)，緊箍力P達(dá)到最大pmax，即P——max

P——max

乙

CK,122Acfck(4)故箍緊力p與指標(biāo)工成正比。一般我們定義AL為套箍系數(shù)自（或maxaf Af套箍指標(biāo)），它是確定鋼管混凝土柱承載力的一個(gè)重要參數(shù)。圖2套箍指標(biāo)），它是確定鋼管混凝土柱承載力的一個(gè)重要參數(shù)。圖2鋼管混凝土軸壓構(gòu)件0-8的典型關(guān)系圖2是鋼管混凝土短柱試件軸心受壓時(shí)，平均縱向應(yīng)力o與縱向應(yīng)變8的典型關(guān)系示意圖。鋼管混凝土軸壓短柱的一次壓縮工作曲線分三個(gè)階段。（1）彈性階段oa：這一階段o和8的關(guān)系基本為直線，a點(diǎn)相應(yīng)于鋼管應(yīng)力達(dá)比例極限，在a點(diǎn)附近開(kāi)始在鋼管和核心混凝土之間產(chǎn)生相互作用的緊箍力p。a點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變稱為鋼管混凝土軸心受壓的組合比例極限fp和組合比例極限應(yīng)變”。sc（2）彈塑性階段ab：由于鋼管應(yīng)力進(jìn)入彈塑性階段，鋼管的彈性模量不斷減小，這就使鋼管和混凝土之間軸心壓力分配比例不斷變化，軸心壓力與應(yīng)變關(guān)系逐漸偏離直線而形成彈塑性階段。這時(shí)混凝土所受壓應(yīng)力增大了，泊松比從c超過(guò)鋼管的泊松比巴，二者間形成了相互作用的緊箍力p，鋼管和混凝土都處于三向應(yīng)力狀態(tài)，鋼管為縱向、徑向受壓，而環(huán)向受拉。混凝土則為三向受壓。在此階段，b點(diǎn)表示鋼管局部位置開(kāi)始出現(xiàn)塑性，管壁出現(xiàn)整齊的斜向剪切滑移線。（3）強(qiáng)化階段bc：從b點(diǎn)開(kāi)始，由于鋼管進(jìn)入了塑性階段，增加的荷載將由核心混凝土承擔(dān)，混凝土的橫向變形迅速增大，徑向推擠鋼管，促使鋼管的環(huán)向應(yīng)力增大（即緊箍力增加）。這時(shí)鋼管處于異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)，其縱向承載力隨著環(huán)向拉應(yīng)力的增大而下降；但核心混凝土的縱向承載力卻隨著緊箍力的增大而提高。b點(diǎn)以后的關(guān)系曲線形狀決定于套箍系數(shù)m的大小。普通鋼管混凝土柱短試件軸心受壓時(shí)（L/D=3?3.5）的工作性能取決于套箍系數(shù)m的大小，與混凝土強(qiáng)度等級(jí)無(wú)直接關(guān)系。.軸心受壓鋼管混凝土長(zhǎng)柱鋼管混凝土長(zhǎng)柱軸心受壓時(shí)的力學(xué)性能，與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相似，分為二強(qiáng)度破壞和穩(wěn)定破壞。對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比很小的短柱，其破壞是由于鋼管在雙向應(yīng)力下的屈服和核心混凝土在三向受壓下的強(qiáng)度破壞所致；對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比很大的長(zhǎng)柱，其破壞是由于彈性失穩(wěn)，即發(fā)生側(cè)向撓度和彎曲，破壞時(shí)縱向應(yīng)變尚處于彈性范圍，其極限荷載可用歐拉公式計(jì)算；介于短柱和長(zhǎng)柱之間中等長(zhǎng)細(xì)比的中柱，其破壞是彈塑性失穩(wěn)，其極限荷載可用修正的歐拉公式計(jì)算。.偏心受壓鋼管混凝土長(zhǎng)柱圖3偏心受壓構(gòu)件N與桿中撓度的關(guān)系圖3中曲線①是鋼管混凝土長(zhǎng)柱偏心受壓強(qiáng)度破壞時(shí)截面偏心力N與桿中撓度的關(guān)系。工作分為兩個(gè)階段：OA段為彈性階段，到A點(diǎn)時(shí)，鋼管受力最大的纖維應(yīng)力達(dá)屈服點(diǎn)。過(guò)A點(diǎn)后，截面發(fā)展塑性，AB段為彈塑性階段。到B點(diǎn)時(shí)，截面趨近塑性鉸，變形將無(wú)限增大。這時(shí)受壓區(qū)鋼管縱向受壓而環(huán)向受拉，其縱向受壓屈服應(yīng)力低于單向受力屈服點(diǎn)，受拉區(qū)鋼管縱向與環(huán)向均受拉，故縱向受拉屈服應(yīng)力比單向受力屈服點(diǎn)高。受壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度由于緊箍效應(yīng)而提高，比單向抗壓強(qiáng)度高，而受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂不參加受力。偏心構(gòu)件強(qiáng)度極限承載力為形成偏心塑性鉸，截面中性軸偏向受壓區(qū)。當(dāng)鋼管混凝土長(zhǎng)柱長(zhǎng)細(xì)比大于12，偏心受壓構(gòu)件承載力常決定于穩(wěn)定。圖中曲線②、③是此時(shí)壓力N與桿中撓度的關(guān)系曲線，有上升段和下降段組成。顯然，曲線的最高點(diǎn)是偏壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的極限。曲線上的OA段為彈性工作階段。過(guò)了A點(diǎn)，截面受壓區(qū)不斷發(fā)展塑性，鋼管和受壓混凝土間產(chǎn)生了非均勻的緊箍力，工作呈彈塑性。隨著荷載