第四章-鋼-混凝土組合梁課件

第四章鋼-混凝土組合梁主要內(nèi)容◆基本原理、類型及特點(diǎn)◆基本受力特征和破壞模式◆混凝土翼緣有效寬度◆簡支組合梁彈性承載力計(jì)算

第四章鋼-混凝土組合梁主要內(nèi)容◆基本原理、類型及特點(diǎn)14.1概述

4.1.1組合梁基本原理

鋼梁與混凝土翼板通過抗剪連接件組合在一起共同工作，可以充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高和鋼材抗拉性能好的優(yōu)勢，其整體受力性能要明顯優(yōu)于二者受力性能的簡單疊加。非組合梁完全組合梁應(yīng)變彈性應(yīng)力塑性應(yīng)力剪應(yīng)力4.1概述4.1.1組合梁基本原理鋼梁與2

組合梁的截面高度小、自重輕、延性性能好。與混凝土梁相比，簡支組合梁的高跨比一般可以取為1/20～1/18，連續(xù)組合梁的高跨比可以取為1/35～1/25，結(jié)構(gòu)高度降低1/4～1/3，自重減輕40％—60％，施工周期縮短l/3～1/2。與鋼梁相比，結(jié)構(gòu)高度照樣可降低1/4～1/3，且混凝土板可以對鋼梁受壓翼緣起到側(cè)向約束作用，相對于純鋼梁具有更好的整體穩(wěn)定性。4.1.1組合梁基本原理組合梁的截面高度小、自重輕、延性性能好。4.1.1組34.1.2組合梁類型及特點(diǎn)鋼-混凝土組合梁形式4.1.2組合梁類型及特點(diǎn)鋼-混凝土組合梁形式44.2組合梁的基本受力特征和破壞模式

4.2.1簡支組合梁三個(gè)階段的受力狀態(tài)1.受力特征4.2組合梁的基本受力特征和破壞模式4.2.1簡支組54.2.1簡支組合梁◆正截面彎曲破壞

◆縱向剪切破壞

設(shè)計(jì)合理的組合梁，破壞時(shí)通常表現(xiàn)為混凝土板的壓潰和鋼梁的屈服。但當(dāng)構(gòu)造不合理或抗剪連接件設(shè)置不足時(shí)，也可能發(fā)生抗剪連接件剪斷或混凝土翼板劈裂等破壞模式，鋼材和混凝土材料的性能不能充分發(fā)揮，呈脆性破壞性質(zhì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免?？v向剪切破壞示意圖2.破壞模式4.2.1簡支組合梁◆正截面彎曲破壞◆縱向剪切6縱向剪切裂縫和劈裂裂縫縱向剪切裂縫和劈裂裂縫7第四章-鋼-混凝土組合梁ppt課件84.2.1簡支組合梁3.抗剪連接程度對承載力和剛度的影響實(shí)測曲線抗剪連接程度說明有很高強(qiáng)度儲(chǔ)備栓釘間距130mm160mm200mm225mm320mm4.2.1簡支組合梁3.抗剪連接程度對承載力和剛度的影響實(shí)測94.2.2連續(xù)組合梁

當(dāng)組合梁跨度較大時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性以及提高使用性能的角度出發(fā)，可考慮采用連續(xù)組合梁。按連續(xù)組合梁設(shè)計(jì)時(shí)，其用鋼量要低于多跨簡支組合梁，且相對于簡支組合梁有多種優(yōu)勢。連續(xù)組合梁負(fù)彎矩區(qū)段的受力性能和設(shè)計(jì)方法與簡支組合梁有所不同。4.2.2連續(xù)組合梁當(dāng)組合梁跨度較大時(shí)，104.2.3組合梁的滑移特征

抗剪連接件是保證鋼梁和混凝土板共同工作的關(guān)鍵部件。目前廣泛應(yīng)用的栓釘?shù)热嵝钥辜暨B接件在傳遞鋼梁與混凝土交界面的水平剪力時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，引起交界面出現(xiàn)相對滑移變形，使截面曲率和組合梁的撓度增大。即使是完全抗剪連接，組合梁在彈性階段由換算截面法得到的撓度值也總是小于實(shí)測值，絕對的完全抗剪連接不存在。4.2.3組合梁的滑移特征抗剪連接件是保證114.2.3組合梁的滑移特征完全抗剪連接截面應(yīng)變部分抗剪連接截面應(yīng)變沿組合梁截面高度方向4.2.3組合梁的滑移特征完全抗剪連接截面應(yīng)變部分抗剪連接12栓釘破壞后的變形狀況栓釘破壞后的變形狀況134.2.3組合梁的滑移特征滑移由抗剪連接件變形和混凝土變形所構(gòu)成。完全抗剪連接滑移分布部分抗剪連接滑移分布跨中支座跨中支座跨中集中力作用沿組合梁長度方向4.2.3組合梁的滑移特征滑移由抗剪連接件變形和混凝土變形144.3混凝土翼緣有效寬度4.3.1問題的提出

實(shí)際應(yīng)力分布有效寬度4.3混凝土翼緣有效寬度實(shí)際應(yīng)力分布有效寬度154.3混凝土翼緣有效寬度4.3.1問題的提出

有效寬度定義以實(shí)際壓力與等效壓力相等為原則確定有效寬度,等效壓應(yīng)力取fc。4.3混凝土翼緣有效寬度有效寬度定義以實(shí)164.3.2有效寬度計(jì)算方法有效寬度與結(jié)構(gòu)幾何尺寸、受荷載類型、約束條件、截面特征、受力階段等多種因素有關(guān)。簡支梁間距、荷載、跨度等對有效寬度的影響4.3.2有效寬度計(jì)算方法有效寬度與結(jié)構(gòu)幾何17據(jù)我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，有效寬度4.3.2有效寬度計(jì)算方法有效寬度示意圖據(jù)我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，有效寬度4.3.2有效寬度計(jì)算方法有184.4簡支組合梁彈性承載力計(jì)算對于承受動(dòng)力荷載的橋梁等結(jié)構(gòu)，出于提高安全性的目的，通常采用彈性方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。按彈性方法計(jì)算承載力時(shí)，要求控制截面每處的應(yīng)力均低于鋼材的屈服強(qiáng)度或混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?；炯俣ā魬?yīng)力-應(yīng)變呈線性關(guān)系◆平截面應(yīng)變假定◆可靠抗剪連接使鋼梁與混凝土板之間無滑移◆有效寬度范圍內(nèi)的混凝土翼板按實(shí)際面積計(jì)算，不扣除其中受拉開裂的部分，板托的面積則可以忽略不計(jì)◆正彎矩作用下，忽略混凝土翼板內(nèi)的鋼筋影響4.4簡支組合梁彈性承載力計(jì)算對于承受動(dòng)力荷載的橋194.4.1換算截面法

根據(jù)合力不變及應(yīng)變相同的條件，將混凝土截面面積Ac等價(jià)換算成鋼截面面積A’s。注意：混凝土有徐變，長期荷載作用下，彈性計(jì)算需考慮荷載與時(shí)間的關(guān)系而區(qū)別對待。4.4.1換算截面法根據(jù)合力不變及應(yīng)變相同204.4.1換算截面法y1y2dc4.4.1換算截面法y1y2dc214.4.1換算截面法4.4.1換算截面法224.4.1換算截面法在長期荷載作用下，混凝土翼板徐變會(huì)引起內(nèi)力重分布，導(dǎo)致混凝土翼板應(yīng)力降低，鋼梁的應(yīng)力增加。影響組合梁徐變效應(yīng)的因素很多，通常采用等效模量法來近似考慮，即混凝土的應(yīng)變由初始應(yīng)變?chǔ)與e和徐變應(yīng)變?chǔ)與c兩部分組成。據(jù)我國《鋼規(guī)》可取徐變系數(shù)對荷載的準(zhǔn)永久組合，可用混凝土的割線彈性模量換算截面以后，即可按力學(xué)方法計(jì)算組合梁。4.4.1換算截面法在長期荷載作用下，混凝234.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算換算截面組合梁彎曲應(yīng)力不同受力階段彎矩設(shè)計(jì)值計(jì)算點(diǎn)到換算截面中和軸的距離短期荷載為I1長期荷載為I2短期荷載為αE長期荷載為2αE4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算換算截面組合梁彎曲應(yīng)力不同受24◆施工階段當(dāng)不設(shè)置支撐時(shí)，由鋼梁承擔(dān)施工階段的全部荷載，需作應(yīng)力驗(yàn)算。當(dāng)跨內(nèi)設(shè)置不少于三個(gè)支撐時(shí)，可不作該階段鋼梁應(yīng)力驗(yàn)算。4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算施工階段只當(dāng)荷載鋼梁和混凝土板引起施工活載引起◆施工階段當(dāng)不設(shè)置支撐時(shí)，由鋼梁承擔(dān)施工階段25◆使用階段4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算面層等引起使用階段活載引起按上圖推導(dǎo)的驗(yàn)算公式◆使用階段4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算面層等引起使用階段26◆使用階段4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算短期荷載效應(yīng)

（教材）面層等引起使用階段活載引起◆使用階段4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算短期荷載效應(yīng)面層等27◆使用階段4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算長期荷載效應(yīng)（教材）◆使用階段4.4.2組合梁抗彎承載力計(jì)算長期荷載效應(yīng)（教材284.4.3組合梁抗剪承載力驗(yàn)算組合梁的應(yīng)力受加載方式的影響，截面最大剪應(yīng)力的位置不宜確定，偏安全簡化處理，將各階段的最大剪應(yīng)力進(jìn)行疊加。施工階段的鋼梁最大剪應(yīng)力位置可以取腹板的中間高度處。使用階段。當(dāng)換算截面中和軸位于鋼梁腹板內(nèi)時(shí)，鋼梁的最大剪應(yīng)力驗(yàn)算點(diǎn)可取換算截面的中和軸處，混凝土翼板的剪應(yīng)力驗(yàn)算點(diǎn)取混凝土與鋼梁上翼緣連接處或板托截面最窄處；當(dāng)換算截面中和軸位于鋼梁腹板之外時(shí)，鋼梁的最大剪應(yīng)力驗(yàn)算點(diǎn)取鋼梁腹板的上邊緣處，混凝土翼板的剪應(yīng)力驗(yàn)算點(diǎn)則取換算截面中和軸處或板托截面最窄處。4.4.3組合梁抗剪承載力驗(yàn)算組合梁的應(yīng)力294.4.3組合梁抗剪承載力驗(yàn)算當(dāng)驗(yàn)算點(diǎn)為中和軸處時(shí)，按beq方式取值，當(dāng)驗(yàn)算點(diǎn)為板托截面最窄處時(shí)，按鋼梁上翼緣寬取值。短期荷載引起長期荷載引起施工階段荷載引起4.4.3組合梁抗剪承載力驗(yàn)算當(dāng)驗(yàn)算點(diǎn)為中和軸處時(shí)，按be304.4.3組合梁抗剪承載力驗(yàn)算驗(yàn)算公式

當(dāng)鋼梁某點(diǎn)位（簡支梁為腹板上邊緣）正應(yīng)力和剪應(yīng)力都較大時(shí)，還須進(jìn)行折算應(yīng)力驗(yàn)算。4.4.3組合梁抗剪承載力驗(yàn)算驗(yàn)算公式當(dāng)鋼314.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算鋼材與混凝土的線膨脹系數(shù)很接近，處于室內(nèi)環(huán)境的組合梁，一般不考慮溫差效應(yīng)。處于露天環(huán)境下的組合梁或直接受熱源作用的組合梁，由于鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)約為混凝土的50倍，鋼梁的溫度很快就接近環(huán)境溫度，而混凝土的溫度變化則相對滯后，從而在梁截面上產(chǎn)生自平衡的內(nèi)應(yīng)力。對于簡支組合梁，溫差作用會(huì)引起截面應(yīng)力的變化，同時(shí)引起梁的撓曲變形；連續(xù)組合梁或者框架組合梁，由于梁的變形會(huì)受到約束，還會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生約束應(yīng)力。除溫度作用外，混凝土的收縮在組合梁內(nèi)也會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力，其發(fā)展過程是不可逆的，即溫差是短期作用，混凝土收縮則屬于長期作用。4.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算鋼材與混324.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算①假設(shè)混凝土板與鋼梁無連接，降溫溫差為⊿t,熱脹系數(shù)為αt◆簡支梁溫差應(yīng)力ycycycysy②假設(shè)混凝土板與鋼梁無連接，鋼梁在軸壓力N作用下產(chǎn)生壓應(yīng)變和壓應(yīng)力③添加混凝土板與鋼梁間連接，然后去除鋼梁軸力N教材這樣假定是否合理？4.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算①假設(shè)混凝土板與鋼梁無連334.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算◆簡支梁溫差應(yīng)力應(yīng)力計(jì)算ycysdcP59是否正確？主導(dǎo)因素應(yīng)為鋼梁的溫差應(yīng)變！4.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算◆簡支梁溫差應(yīng)力應(yīng)力計(jì)算34ycysdc換算截面慣性矩公式推導(dǎo)4.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算◆簡支梁溫差應(yīng)力ycysdc換算截面慣性矩4.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)354.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算◆超靜定梁溫差應(yīng)力ycyc①去除多余約束，按簡支梁計(jì)算變形曲線②由變形協(xié)調(diào)解出支座約束反力③將簡支梁應(yīng)力與約束反力應(yīng)力進(jìn)行疊加◆收縮應(yīng)力計(jì)算只需將混凝土的溫差應(yīng)變改為收縮應(yīng)變即可。4.4.4溫差及混凝土收縮應(yīng)力計(jì)算◆超靜定梁溫差應(yīng)力ycy36第四章-鋼-混凝土組合梁ppt課件37解：②使用階段內(nèi)力計(jì)算①荷載計(jì)算，詳表4-1解：②使用階段內(nèi)力計(jì)算①荷載計(jì)算，詳表4-138③混凝土板有效寬度解：④換算截面幾何特性短期荷載下長期荷載下③混凝土板有效寬度解：④換算截面幾何特性短期荷載下長期荷載下39解：196.51503503341008yu1178.84解：196.51503503341008yu1178.8440解：98.25150350334100