混凝土重力坝设计规范.doc

中华人民共和国电力行业标准P DL/T 50851999钢-混凝土组合结构设计规程Code for design of steel-concrete composite structure 主编部门：华北电力设计院 批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会 批准文号：国经贸电力1999740号前 言 本规程系根据原电力工业部综科教199828号文“关于下达制定、修订电力行业标准计划项目的通知”，由华北电力设计院主编对原电力规划设计管理局批准颁发的火力发电厂主厂房钢-混凝土组合结构设计暂行规定DLGJ9991修订而成。 对DLGJ9991的修订，是为了将其颁布实施以来所积累的实践经验和取得的重大新成果及时充实到规程中，使之更完善。并克服其应用范围的局限性。规程包含钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构、钢-混凝土组合梁结构等三种钢-混凝土组合结构形式，规程的颁发对钢-混凝土组合结构在我国的发展将起到更为积极的促进作用。 华北电力设计院于1996年1月开始筹备并组建编制组，编写了修订大纲。1996年7月，电力规划设计总院组织审查了修订大纲。1997年6月，完成了征求意见稿，并向有关单位征集意见。1997年10月，完成了送审稿。1998年5月，电力规划设计总院组织并主持审查了送审稿。1998年9月完成了报批稿，并报电力规划设计总院审定。 本规程有关条文说明了本规程与其引用标准的关系。 本规程共分八章和四个附录。这次修订的主要内容有：根据原规定的实施经验，修订了适用范围；按照电力标准编写的基本规定DL/T6001996和建标1996626号文工程建设标准编写规定和本规程包括的三种结构特点，修订了术语和符号；调整了基本规定和一般规定；根据新的科研成果和工程应用经验，分别修订了三种结构的技术内容。 1 钢管混凝土结构 1)材料部分：修订了混凝土的强度等级范围；增加了构件截面套箍系数的规定、组合抗压强度计算公式、组合抗弯弹性模量；修订了组合抗剪强度设计值和组合剪变模量。 2)构件承载力计算部分：采用了钢管混凝土统一理论，视钢管混凝土构件为统一体，采用组合性能指标和构件全截面的几何特性来确定构件的承载力；增加了纯弯、纯剪、压弯剪构件承载力的计算公式；修正了截面塑性发展系数。 3)结构和构造部分：修订了柱的抗侧移刚度、栈桥柱的允许长细比；调整了后浇法施工的钢管柱在施工阶段初始应力的限值；增加了用于地震区框架柱的长细比限值。 4)节点和连接部分：修订了节点加强环板计算公式的适用范围和肩梁计算公式。 2 外包钢混凝土结构 1)增加了剪扭构件承载力的计算。 2)增加了外包钢承重骨架的形式、设计计算方法及构造要求等各项规定。 3 钢-混凝土组合梁结构 1)修订了栓钉抗剪连接件抗剪承载力的限值。 2)考虑滑移效应对刚度的折减，修订了组合梁变形验算的原则。 3)增加了连续组合梁中间支座弯矩的调幅限值。 4)增加了连续组合梁中跨梁的一般变形计算公式。 5)增加了对栓钉的材质要求。 本规程有关钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构和钢-混凝土组合梁结构的技术内容，系我国科技工作者的科研成果和工程实践的经验总结。部分参考欧洲规范4和日本建筑学会钢管混凝土设计指南(1997)的内容，也经我国科技工作者科研成果和工程经验所验证。 本规程的附录A、附录B、附录C都是标准的附录。 本规程发布实施时，DLGJ9991即同时废止。 本规程由电力规划设计总院提出并归口。 本规程负责起草单位：华北电力设计院。参加起草单位：电力规划设计总院、哈尔滨建筑大学、清华大学、电力建设研究所、黑龙江省电力设计院。 本规程主要起草人：张圣贤、阎善章、韩林海、聂建国、张淑琴、范良干。 本规程电力规划设计总院委托华北电力设计院负责解释。1 范 围 本规程规定了钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构及钢-混凝土组合梁的设计计算方法和构造要求，适用于新建、扩建或改建火力发电厂(以下简称发电厂)建(构)筑物的钢-混凝土组合结构设计。一般工业与民用建(构)筑物的钢-混凝土组合结构设计可参照执行。2 引 用 标 准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文，本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB1591 低合金结构钢 GB70088 碳素结构钢 GB5020492 混凝土结构工程施工及验收规范 GB502051995 钢结构工程施工及验收规范 GB502601996 电力设施抗震设计规范 GBJ987 建筑结构荷载规范 GBJ1089 混凝土结构设计规范 GBJ1189 建筑抗震设计规范 GBJ1788 钢结构设计规范 GBJ6884 建筑结构设计统一标准 GBJ8385 建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语 GBJ10787 混凝土强度检验评定标准 DL502293 火力发电厂土建结构设计技术规定 DL/T50951999 火力发电厂主厂房荷载设计技术规程 SDJ10787 电力建设施工及验收技术规范(建筑工程篇)3 总 则3.0.1 为了在钢-混凝土组合结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，特制定本规程。3.0.2 本规程是根据现行国家标准建筑结构设计统一标准GBJ6884规定的原则制定的。3.0.3 本规程使用的符号、计量单位和基本术语是按现行国家标准建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语GBJ8385的规定采用的。并根据本规程所包括三种结构的不同特征和需要，采用国际标准符号或英文单词的开头字母规定了各自的专用符号。3.0.4 除本规程外，尚应遵守执行现行国家标准钢结构设计规范GBJ1788、混凝土结构设计规范GBJ1089、建筑抗震设计规范GBJ1189、电力设施抗震设计规范GB5026096的有关规定。3.0.5 按本规程设计时，荷载应按现行国家标准建筑结构荷载规范GBJ987和电力行业标准火力发电厂土建结构设计技术规定DL502293、火力发电厂主厂房荷载设计技术规程DL/T 50951999的规定执行。材料和施工质量应符合现行国家标准钢结构工程施工及验收规范GB5020595、混凝土结构工程施工及验收规范GB5020492和电力行业标准电力建设施工及验收技术规范(建筑工程篇)SDJ10787及有关国家标准的要求。有关钢结构部分的设计尚应注明所要求的焊缝质量级别及对钢材所要求的机械性能和化学成分的附加保证项目。混凝土强度的检验评定应符合现行国家标准混凝土强度检验评定标准GBJ10787的要求。 在特殊地区和特殊环境下的钢-混凝土组合结构设计，尚应符合专门规范的有关规定。4 主要术语和主要符号4.1 主 要 术 语4.1.1 钢-混凝土组合结构steel-concrete composite structure 型钢与混凝土或钢筋混凝土组合而成的结构，如钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构、钢-混凝土组合梁结构等。4.1.2 钢管混凝土结构concrete filled steel tubular structure 在钢管(本规程特指圆钢管)内填充混凝土而形成的结构。4.1.3 组合轴压强度composite compressive strength 钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义压应力。4.1.4 组合抗剪强度composite shear strength 钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义剪应力。4.1.5 组合轴压弹性模量composite compressive modulus of elasticity 钢管混凝土组合截面在单向受压，且其纵向名义应力和应变呈线性关系时，截面上名义正应力与对应的正应变的比值。4.1.6 组合剪变模量composite shear modulus 钢管混凝土组合截面在单向受剪，且其组合名义应力和应变呈线性关系时，截面上名义剪应力与对应的剪应变的比值。4.1.7 套箍系数confining coefficient 反映钢管混凝土组合截面的几何特征和组成材料的物理特性的综合参数，标准值用表示， ，设计值用0表示， 4.1.8 加强环板stiffener ring plate 为构造钢管混凝土刚性节点而设置的环向节点板。4.1.9 外包钢混凝土结构steel encased reinforced concrete structure 外部配筋的钢筋混凝土结构，本规程特指外部配置角钢的钢筋混凝土结构。4.1.10 刚性域rigidity region 框架节点范围内的一部分角变位可以略而不计的块体。4.1.11 刚性锚固rigidity anchor 外包钢混凝土梁端角钢采用刚性锚固件而形成的锚固。4.1.12 外包钢承重骨架loadbearing framework of steel encased reinforced concrete 外包钢骨架和斜杆或交叉撑组成的，用以承受施工荷载的骨架。4.1.13 钢-混凝土组合梁steel-concrete composite beam 钢梁与混凝土板组合而成的梁。4.1.14 塑性中和轴plastic neutral axis 全截面进入塑性状态时法向应力为零的截面线。4.1.15 抗剪连接件shear connector 用于连接钢梁与钢筋混凝土翼缘板并承受二者之间纵向水平剪力，抵抗二者相对滑移，保证二者能共同工作的连接件。4.1.16 栓钉stud 抗剪连接件的一种特制螺钉。4.1.17 交界面interface 钢筋混凝土翼缘板或板托与钢梁上翼缘之间的接触面。4.1.18 完全抗剪连接complete shear connection 抗剪连接件的纵向水平抗剪承载力能够保证最大弯矩截面上抗弯承载力得以充分发挥的连接。4.1.19 部分抗剪连接partial shear connection 抗剪连接件的纵向水平抗剪承载力不能保证最大弯矩截面上抗弯承载力得以充分发挥的连接。4.1.20 板托haunch 钢筋混凝土翼缘板与钢梁上翼缘之间的混凝土局部增厚部分。4.1.21 焊接瓷环china yoke for welding 焊接栓钉用的配件在自动拉弧焊接过程中能够隔气保温、挡光，防止溶液飞溅的一种瓷质套环。4.2 主 要 符 号4.2.1 作用和作用效应 F集中荷载； M弯矩设计值； Mc柱轴线处的梁支座弯矩设计值； Mk标准荷载作用下截面负弯矩组合值； Msc标准荷载作用下按照弹性方法得到的连续组合梁中支座负弯矩值； N轴向力设计值； T扭矩设计值； V剪力设计值； vl1单位长度界面上的纵向界面剪力设计值； q单位长度内的均布荷载。4.2.2 计算指标 B受弯构件的截面刚度；Bl、Bs长期刚度、短期刚度； Bm0当量抗弯刚度； Bm考虑腹杆剪切变形时骨架梁的抗弯刚度； Bq当量抗剪刚度； C20表示立方体强度标准值为20N/mm2的混凝土强度等级； E钢材的弹性模量； Ec混凝土的弹性模量； Esc钢管混凝土的组合轴压弹性模量； G钢材的剪变模量； Gc混凝土的剪变模量； Gsc钢管混凝土的组合剪变模量； Ms钢梁绕自身塑性中和轴的塑性抗弯承载力设计值； Mu.r部分抗剪连接时，截面的抗弯承载力设计值； NE欧拉临界力； Nv每个连接件的抗剪承载力设计值； f钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；fck，fc混凝土的轴心抗压强度标准值、设计值； fjv焊缝抗剪强度设计值； fp钢材的抗拉强度塑性设计值； fr钢筋的抗拉强度设计值； frp钢筋的抗拉强度塑性设计值； fsc钢管混凝土的组合轴压强度设计值； fscv钢混凝土的组合抗剪强度设计值； ftk，ft混凝土的轴心抗拉强度标准值、设计值； fu栓钉杆的极限抗拉强度； fv钢材的抗剪强度设计值； fvp钢材的抗剪强度塑性设计值； fy钢材的屈服强度或屈服点； Wmax最大裂缝宽度； 正应力； 剪应力； 相对位移； 层间相对位移； 角位移。4.2.3 几何参数 A构件的截面面积； Abv弯筋的截面面积； Ac混凝土构件的截面面积； Ar混凝土翼缘板有效宽度(be)范围内纵向受拉钢筋的截面面积； As钢构件的截面面积； Asc钢管混凝土构件或核心混凝土面面积； Asv一个截面上附加箍筋的截面面积； b截面宽度、距离； b0混凝土板托顶部或钢梁上翼缘板宽度； be混凝土翼缘板或与加强环板共同工作的管壁的有效宽度； ban外包钢混凝土梁终端锚固板的宽度； bj角焊缝包入的宽度； d圆截面外直径； e0轴向力对截面重心的偏心距离； H结构总高度； h楼层高度或截面高度； h0截面有效高度； han外包钢混凝土梁终端锚固板的高度； hj焊缝高度； hcl混凝土翼缘板(含现浇和预制)的厚度； hc2混凝土板托的厚度； hw腹板的高度； hd焊钉的高度； I截面惯性矩； I0换算截面惯性矩； Is钢管(型钢)截面惯性矩； Ic混凝土截面惯性矩； Isc钢管混凝土截面惯性矩； i截面的回转半径； L，l长度或跨度； L0，l0计算长度或计算跨度； Lj焊缝长度； lb框架节点刚性域范围内刚性梁的长度； lc框架节点刚性域范围内刚性柱的长度； ro钢管混凝土截面外半径； Sh附加箍筋的分布范围； t钢板的厚度； tw腹板的厚度； ul连接件的间距； W截面弹性抵抗矩； Ws钢截面弹性抵抗矩； Wc混凝土截面弹性抵抗矩； Wsc钢管混凝土截面弹性抵抗矩； x组合梁截面塑性中和轴至混凝土翼缘板顶面的距离； ，夹角。4.2.4 计算系数及其他 K、K0、K7有关系数； 长细比； E钢材的弹性模量对混凝土的弹性模量之比； s截面的含钢率 ； 加强环板同时受垂直双向拉力的比值； m等效弯矩系数； v抗剪连接件承载力的折减系数； 刚度折减系数； q腹杆剪切变形时，骨架梁抗弯刚度的折减系数； m截面抗弯塑性发展系数； v截面抗剪塑性发展系数； 0超强系数； 轴心受压稳定系数； 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数； 与纵向受拉钢筋表面特征有关的系数； c按有效混凝土面积计算的纵向钢筋配筋率。5 基 本 规 定5.0.1 钢-混凝土组合结构设计，必须贯彻执行国家技术经济政策，充分考虑工程情况、材料供应、构件运输、安装和施工的具体条件，合理选用结构方案，做到安全、经济和适用。提高综合效益，同时应符合防火要求，注意结构的抗腐蚀性能。5.0.2 采用钢管混凝土结构和外包钢混凝土结构时，宜将其用作最能充分发挥其受力特性的构件。5.0.3 当楼层采用钢梁、混凝土楼板时，宜按组合梁结构设计。5.0.4 钢管混凝土结构，外包钢混凝土结构的抗震等级可按GBJ1089、GBJ1189、GB502601996和DL502293结构抗震等级划分的规定确定其抗震等级。5.0.5 结构构件应根据承载力极限状态和正常使用极限状态的要求，进行下列计算和验算： 1 承载力及稳定：所有结构构件均应进行承载力(包括压屈失稳)计算：必要时尚应进行结构的倾覆和滑移验算。 2 变形：对使用上需控制变形的结构构件，应进行变形验算。 3 抗裂及裂缝宽度：对使用上要求不出现裂缝的构件，应进行混凝土拉应力验算，对使用上允许出现裂缝的构件，应进行裂缝宽度验算。5.0.6 结构构件的承载力(包括压屈失稳)计算和倾覆、滑移验算均应采用荷载设计值。变形、抗裂及裂缝宽度验算，均应采用相应的荷载代表值。 预制构件尚应按制作、运输及安装的荷载设计值进行施工阶段的验算，预制构件自身吊装的验算，应将构件自重乘以动力系数1. 50。 对现浇结构、装配整体结构，必要时应进行施工阶段的验算。5.0.7 结构施工中，当需以屈服强度不同的钢材代替原设计中的主要钢材时，应按照钢材的实际强度进行验算。6 钢管混凝土结构6.1 一 般 规 定6.1.1 本章规定仅适用于圆钢管内填充混凝土的钢管混凝土结构。6.1.2 钢管的外直径不宜小于100mm，钢管的壁厚不宜小于4mm。钢管的外直径与壁厚之比宜在20d/t100范围内选用，即常用的截面含钢率s0. 040.20。6.1.3 钢管混凝土宜用作轴心受压或作用力偏心较小的受压构件，当作用力偏心较大采用单根构件不够经济合理时，宜采用格构式构件。6.1.4 厂房柱和架构柱常用截面形式有单肢、双肢、三肢和四肢等四种，设计时应根据厂房规模、结构形式、荷载情况和使用要求确定。主厂房的框(排)架柱，宜采用格构式柱。6.1.5 在抗震设计时，对采用钢筋混凝土横梁的框架，其结构抗震等级可按照钢筋混凝土结构的等级划分。钢管混凝土的抗震计算参数，在无明确规定时，可按钢筋混凝土结构取值。6.2 材 料6.2.1 钢管用钢材可采用Q235、Q345和Q390钢，其质量要求应符合现行国家标准。用于加工钢管的钢板板材尚应具有冷弯试验的合格保证。6.2.2 钢管宜采用螺旋焊接管或直缝焊接管。焊缝必须采用对接焊缝并符合二级质量检验标准。6.2.3 混凝土宜采用普通混凝土，水灰比应控制在0.45及以下。混凝土的坍落度，加减水剂后，宜保持在160mm左右。表6.2.5 组合轴压强度设计值fsc(第一组钢材) N/mm2钢材混凝土s0.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.20Q235C30C40C50C6027.733.137.943.430.035.440.245.632.237.542.447.834.439.744.549.936.541.846.652.038.643.848.654.040.745.850.555.942.747.752.557.844.649.654.359.646.551.456.161.448.453.257.963.250.254.959.664.852.056.661.266.553.758.362.868.055.459.864.469.557.061.365.971.058.662.867.372.4Q345C30C40C50C6032.938.343.148.536.441.746.551.939.744.949.755.143.048.152.958.246.151.255.961.249.254.158.864.152.256.961.666.955.059.764.369.557.862.366.872.060.564.869.374.463.167.271.676.765.669.573.978.967.971.676.081.070.273.778.082.972.475.779.984.774.577.581.686.476.579.283.388.0Q390C30C40C50C6035.040.345.150.538.844.148.954.342.647.852.557.946.351.356.061.449.854.759.464.753.258.062.767.956.561.165.771.059.764.168.773.962.867.071.576.665.769.774.279.268.572.376.781.771.274.879.184.073.877.181.386.276.379.383.488.278.681.485.490.180.983.387.291.983.085.188.993.46.2.4 混凝土的强度等级不宜低于C30级，可参照下列材料组合：Q235钢配C30或C40级混凝土；Q345钢配C40、C50或C60级混凝土；Q390钢配C50或C60级及以上的混凝土，同时，构件截面的套箍系数标准值(Asfy/Acfck)不宜小于0.5。6.2.5 钢管混凝土组合轴压强度设计值fsc应按下式计算：fsc(1.212+s0+c20)fc (6.2.5-1) s0.1759fy235+0.974 (6.2.5-2) 0sf/fc (6.2.5-3) sAs/Ac (6.2.5-4)c-0.1038fck/20+0.0309 (6.2.5-5)式中：fsc钢管混凝土的组合轴压强度设计值； fck，fc混凝土的轴心抗压强度标准值和设计值； f钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； fy钢材的屈服强度； s构件截面含钢率； 0构件截面的套箍系数设计值； As，Ac钢管和混凝土的截面面积； s，c计算系数。 采用第一组钢材的fsc值由表6.2.5给出。 采用第二、三组钢材的fsc值应按表6.2.5的对应值乘换算系数K1后确定。 对Q235和Q345钢，K10.96；对Q390钢，K10.94。 钢材的分组应按GBJ1788的规定确定。6.2.6 对钢管混凝土轴压和e/r00.3的偏压构件，其承受永久荷载引起的轴心力占全部轴心力30%及以上时，应将组合强度设计值乘以混凝土徐变影响折减系数Kc(见表6.2.6)。表6.2.6 徐变影响折减系数Kc值构件长细比永久荷载引起的轴心力占全部轴心力的比例%30507050700.900.850.80701200.850.800.75 注 表内中间值可采用插入法求得。表6.2.7 组合抗剪强度设计值fscv(第一组钢材) N/mm2钢材混凝土s0.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.140.150.160.170.180.190.20Q235C30C40C50C6010.011.613.014.511.212.714.115.712.313.915.316.913.415.016.418.014.516.117.519.115.617.118.620.216.718.219.621.317.819.320.722.318.920.321.723.319.921.322.824.421.022.423.825.422.123.424.826.423.124.425.827.324.225.426.728.325.226.327.729.326.227.328.630.227.228.229.631.1Q345C30C40C50C6012.514.015.417.014.215.717.118.715.917.418.820.417.619.020.422.019.220.622.023.620.922.223.625.122.523.825.126.724.125.326.628.125.726.828.029.627.228.229.531.028.729.630.932.330.231.032.233.731.732.433.534.933.133.734.836.234.634.936.037.435.936.237.238.537.337.438.439.7Q390C30C40C50C6013.415.016.417.915.416.918.319.817.318.720.121.719.220.622.023.521.022.423.725.322.924.125.527.024.725.827.128.726.527.528.830.328.229.230.431.930.030.832.033.431.632.333.534.933.333.834.936.334.935.336.437.736.536.737.739.038.038.139.040.339.539.440.341.541.040.741.542.7 注 表内中间值可采用插入法求得。表6.2.8 组合轴压弹性模量Esc值(第一组钢材) N/mm2钢 材Q235Q345Q390混 凝 土C30C40C50C60C30C40C50C60C30C40C50C60s0.043089638197437905024827822334263772542695274093259036568411690.053313940423460075245830471360464033145290302323537839340439280.063534642609481835462633060386004286947813329833808842031466020.073751744755503175675035590410884533750265356654072044639491910.083965346862524105883238061435104773652646382754327447166516960.094175348929544616087140471458675006754955408164575049611541160.104381650956564716286642822481575232857193432854814751974564510.114584552944584406481945114503815452059359456855046754256587020.124783754892603666672847346525405664461454480135270856455608670.134979356800622526859549519546335869863477502725487258573629490.145171458669640957041851632566596068365429524595695760610649450.155359960498658987219953686586206260067309545775896462565668570.165544862287676587393655680605156444769118566236089464438686840.175726164036693787563157614623446622670855585996274566229704270.185903865746710557728259489641066793572521605056451867938720850.196078067417726917889161305658036957574115623406621269566736580.20624856904774286804566306067435711477563864105678297111275147 注 表内中间值可采用插入法求得。 构件的长细比应按下式计算：4L0/d (6.2.6)式中：L0构件的计算长度； d钢管的外直径。6.2.7 钢管混凝土组合抗剪强度设计值fscv应按下式计算：fscv(0.385+0.251.5s)0.1250fsc (6.2.7)fscv值可由表6.2.7中给出。 采用第二、三组钢材的fscv值应按表6.2.7的对应值乘换算系数K1后确定。6.2.8 钢管混凝土组合轴压弹性模量Esc(第一组钢材)见表6.2.8。当采用第二、三组钢材时，表列值应乘换算系数K1。6.2.9 钢管混凝土组合抗弯弹性模量应按下式计算：EscmK2Esc (6.2.9)式中：K2换算系数值，见表6.2.9。6.2.10 钢管混凝土组合剪变模量应按下式计算：GscK3Esc (6.2.10)式中：K3换算系数值，见表6.2.10。表6.2.9 换算系数K2值s混凝土C30C40C50C600.041.1871.1731.1631.1560.051.2231.2071.1951.1870.061.2551.2381.2251.2160.071.2851.2661.2521.2430.081.3121.2921.2771.267