傅昶彬系列—组合结构钢混凝土组合梁.pptx

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1、4.8 抗剪连接件设计4.8.1 抗剪连接件的受力性能刚性连接件刚性连接件柔性连接件柔性连接件完全抗剪连接完全抗剪连接部分抗剪连接部分抗剪连接连接件的变形连接件的变形典型剪力典型剪力-滑移曲线滑移曲线第1页/共52页栓钉破坏后的变形状况第2页/共52页界面处受栓钉挤压混凝土的断痕第3页/共52页4.8.2 抗剪连接件的主要类型和特点抗剪连接件形式抗剪连接件形式刚性连接件刚性连接件柔性连接件柔性连接件第4页/共52页4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法栓钉与焊接瓷环栓钉与焊接瓷环栓钉焊接部位的材质要求栓钉焊接部位的材质要求第5页/共52页栓钉焊接施工第6页/共52页栓钉规格第7页/共52页4.8

2、.3 栓钉的材性要求及试验方法方式一方式一：梁式试验梁式试验试验目的试验目的 确定单颗栓钉的抗剪承载力。确定单颗栓钉的抗剪承载力。试验方式 梁式试验和推出试验。梁式试验参考论文梁式试验参考论文 蔡楠等蔡楠等组合梁连接件（栓钉）剪切滑移的试验研究组合梁连接件（栓钉）剪切滑移的试验研究第8页/共52页4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法方式二方式二：欧洲规范欧洲规范4的标准推出试件的标准推出试件正视正视侧视侧视俯视俯视 主要有连接件弯剪破坏和连接件附近混凝土受压主要有连接件弯剪破坏和连接件附近混凝土受压劈裂破坏两种形式。劈裂破坏两种形式。第9页/共52页4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法试验结论

3、试验结论 推出试验比梁式试验所得栓钉抗剪承载力低，推出试验比梁式试验所得栓钉抗剪承载力低，但偏低不多，用推出试验承载力设计偏于安全。但偏低不多，用推出试验承载力设计偏于安全。推出试验中栓钉的受力状态与正弯矩作用下组推出试验中栓钉的受力状态与正弯矩作用下组合梁中的受力状态较为一致，但在负弯矩作用下，合梁中的受力状态较为一致，但在负弯矩作用下，组合梁中混凝土翼板受拉，抗剪连接件的刚度和极组合梁中混凝土翼板受拉，抗剪连接件的刚度和极限承载力比推出试验得到的结果低。因此，需要对限承载力比推出试验得到的结果低。因此，需要对负弯矩区栓钉的抗剪承载力进行折减（据负弯矩区栓钉的抗剪承载力进行折减（据钢规钢规，

4、中间支座乘中间支座乘0.90.9、悬臂乘、悬臂乘0.80.8折减系数）。折减系数）。讨论：讨论：为何推出试验比梁式试验所得栓钉抗剪承载力低？为何推出试验比梁式试验所得栓钉抗剪承载力低？第10页/共52页4.8.4 抗剪连接件的构造要求连接件一般要求连接件一般要求 P77,P78栓钉连接件的要求栓钉连接件的要求槽钢连接件和弯筋连接件的构造要求槽钢连接件和弯筋连接件的构造要求栓钉构造一般要求td1.5t301510020hc4dmin（400,4hc）板纵筋第11页/共52页4.8.5 抗剪连接件的承载力计算 依据推出试验，主要考虑两种破坏形式依据推出试验，主要考虑两种破坏形式。19711971年

5、年FisherFisher给出的单颗栓钉抗剪承载力计算给出的单颗栓钉抗剪承载力计算公式公式：栓钉截面栓钉截面混凝土抗压强度混凝土抗压强度混凝土弹性模量平均值混凝土弹性模量平均值栓钉极限抗拉强度栓钉极限抗拉强度实心混凝土翼板实心混凝土翼板1.栓钉连接件栓钉连接件第12页/共52页4.8.5 抗剪连接件的承载力计算 我国我国钢规钢规基于统计回归分析，得出基于统计回归分析，得出当栓钉长径比当栓钉长径比4 4时的单颗栓钉抗剪承载力计时的单颗栓钉抗剪承载力计算公式：算公式：强屈比，强屈比，4.6级栓钉级栓钉1.67实心混凝土翼板实心混凝土翼板1.栓钉连接件栓钉连接件第13页/共52页4.8.5 抗剪连接

6、件的承载力计算压型钢板混凝土组合板压型钢板混凝土组合板栓钉破坏模式栓钉破坏模式实心混凝土板实心混凝土板压型钢板混凝土组合板压型钢板混凝土组合板 破坏模式有别，连接件抗剪承载力更低，破坏模式有别，连接件抗剪承载力更低，依其板肋与钢梁的关系，应乘以不同的折减系依其板肋与钢梁的关系，应乘以不同的折减系数数v。1.栓钉连接件栓钉连接件第14页/共52页4.8.5 抗剪连接件的承载力计算2.槽钢连接件槽钢连接件在不具备栓钉焊接设备条件下采用。在不具备栓钉焊接设备条件下采用。槽钢翼缘平均厚槽钢翼缘平均厚槽钢腹板厚槽钢腹板厚槽钢长度槽钢长度3.弯筋连接件弯筋连接件 通过与混凝土的锚固来抵抗纵向剪力，其通过与

7、混凝土的锚固来抵抗纵向剪力，其弯起角取弯起角取35355555，当满足锚固长度时。，当满足锚固长度时。第15页/共52页4.8.6 抗剪连接件布置方式不等距布置不等距布置 按弹性方法设计，要求任意截面的连接按弹性方法设计，要求任意截面的连接件受力低于其承载力设计值，按理应在纵向剪力较大件受力低于其承载力设计值，按理应在纵向剪力较大的支座或集中力作用处布置较多的连接件，而其余位的支座或集中力作用处布置较多的连接件，而其余位置则可减少连接件的数量，当活荷载水平较高且位置置则可减少连接件的数量，当活荷载水平较高且位置变化较明显时，连接件需要根据剪力包络图进行布置，变化较明显时，连接件需要根据剪力包络

8、图进行布置，这不仅设计较为复杂，给栓钉施工也带来很大困难。这不仅设计较为复杂，给栓钉施工也带来很大困难。连续组合梁剪跨段划分连续组合梁剪跨段划分有等距布置和不等距布置两种选择。有等距布置和不等距布置两种选择。第16页/共52页等距布置 实际工程多采用柔性连接件的组合梁，在承载力极限状态时，混凝土板与钢梁间将发生较充分的剪力重分布，使得各个连接件的受力趋于均匀，因此也可以采用塑性方法布置连接件，即等间距布置抗剪连接件，这给设计施工均带来很大方便。4.8.6 抗剪连接件布置方式第17页/共52页4.8.6 抗剪连接件布置方式1.按弹性理论计算按弹性理论计算换算截面法换算截面法短期效应与长期效应短期

9、效应与长期效应 钢梁与混凝土翼板交界面单位长度剪力钢梁与混凝土翼板交界面单位长度剪力设计值：设计值：短期换算惯性矩短期换算惯性矩长期换算惯性矩长期换算惯性矩短期换算截面交短期换算截面交界面以上面积矩界面以上面积矩长期换算截面交长期换算截面交界面以上面积矩界面以上面积矩第18页/共52页4.8.6 抗剪连接件布置方式1.按弹性理论计算按弹性理论计算按所划分的剪跨段计算确定抗剪连接件数量按所划分的剪跨段计算确定抗剪连接件数量m1剪跨剪跨总剪力总剪力m1剪跨连剪跨连接件数量接件数量第19页/共52页4.8.6 抗剪连接件布置方式1.按塑性理论计算按塑性理论计算连续组合梁剪跨段划分连续组合梁剪跨段划分

10、 采用栓钉等柔采用栓钉等柔性抗剪连接件，在性抗剪连接件，在极限状态下各剪跨极限状态下各剪跨段内的抗剪连接件段内的抗剪连接件的受力几乎相等。的受力几乎相等。正弯矩区段剪跨正弯矩区段剪跨纵向剪力设计值纵向剪力设计值负弯矩区段剪跨负弯矩区段剪跨纵向剪力设计值纵向剪力设计值各剪跨段内抗剪连接件数量各剪跨段内抗剪连接件数量第20页/共52页4.8.6 抗剪连接件布置方式1.按塑性理论计算按塑性理论计算有较大集中力作用时抗剪连接件布置有较大集中力作用时抗剪连接件布置第21页/共52页【例题例题4-4】试按弹性和塑性方法分别设计例试按弹性和塑性方法分别设计例题题4-14-1中组合梁的抗剪连接件数量，抗剪连接

11、中组合梁的抗剪连接件数量，抗剪连接件采用件采用Q235Q235钢钢16167070栓钉。栓钉。解：解：弹性方法弹性方法塑性方法塑性方法4.6级栓钉第22页/共52页作业作业 P98习题习题1分别按弹性方法分别按弹性方法和塑性方法计算确和塑性方法计算确定栓钉数量。定栓钉数量。第23页/共52页4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算 压型钢板组合梁可能由于尺寸受限无法压型钢板组合梁可能由于尺寸受限无法按完全抗剪连接设计。此外，在满足承载力按完全抗剪连接设计。此外，在满足承载力和变形条件下，组合梁的承载力并未充分发和变形条件下，组合梁的承载力并未充分发挥时，也可按部分抗剪连接组合梁设计。挥时，也可

12、按部分抗剪连接组合梁设计。抗剪连接程度系数抗剪连接程度系数部分连接件数量部分连接件数量完全连接件数量完全连接件数量第24页/共52页4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算Mu与与r的关系曲线的关系曲线Mu/MufMs/Muf 当当r0.5时，可能发生抗剪连接件剪断的脆性时，可能发生抗剪连接件剪断的脆性破坏，故要求设计部分抗剪连接组合梁必须满足破坏，故要求设计部分抗剪连接组合梁必须满足r0.5。第25页/共52页4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算 部分抗剪连接组合梁的极限抗弯承载力部分抗剪连接组合梁的极限抗弯承载力计算方法与完全抗剪连接组合梁相似。计算方法与完全抗剪连接组合梁相似。抗剪连

13、接件具有充分的塑性变形能力；计算截面应力呈矩形分布，混凝土翼板中 的压应力达到抗压强度设计值，钢梁的拉、压应力分别达到强度设计值；混凝土翼板中的压力等于最大弯矩截面一 侧抗剪连接件所能够提供的纵向剪力之和；忽略混凝土的抗拉作用。计算假定第26页/共52页4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算正截面承载力计算公式第27页/共52页4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算正截面承载力计算公式第28页/共52页【例题例题4-5】采用采用P83P83例题例题4-44-4中按弹性方法计中按弹性方法计算确定的抗剪连接件数量，验算算确定的抗剪连接件数量，验算P63P63例题例题4-24-2组组合梁塑性抗弯

14、承载力是否满足要求。合梁塑性抗弯承载力是否满足要求。解：解：计算公式计算公式第29页/共52页4.9 混凝土翼板的设计及构造要求 混凝土翼板受多种应力作用，处于复杂混凝土翼板受多种应力作用，处于复杂的应力状态。应主要考虑翼板的纵向抗剪能的应力状态。应主要考虑翼板的纵向抗剪能力是否满足要求。力是否满足要求。翼板可能发生纵向剪坏的界面翼板可能发生纵向剪坏的界面验算公式验算公式解读详解读详P87第30页/共52页4.10 组合梁正常使用阶段验算 涉及挠度验算和负弯矩区段裂缝宽度验算涉及挠度验算和负弯矩区段裂缝宽度验算两个问题。两个问题。4.10.1 组合梁变形特点及分析1.组合梁变形特点组合梁变形特

15、点交界面滑移产生附加挠度交界面滑移产生附加挠度混凝土翼板收缩徐变使挠度增大混凝土翼板收缩徐变使挠度增大混凝土翼板受拉开裂形成变截面刚度混凝土翼板受拉开裂形成变截面刚度剪力滞后估计不准确对变形的影响剪力滞后估计不准确对变形的影响温度作用对变形的影响温度作用对变形的影响 组合梁的实际挠度大于换算截面按结构组合梁的实际挠度大于换算截面按结构力学方法计算的弯曲挠度。力学方法计算的弯曲挠度。第31页/共52页4.10.1 组合梁变形特点及分析组合梁挠度组合梁挠度按换算截面计算的挠度按换算截面计算的挠度滑移附加挠度滑移附加挠度2.滑移附加挠度分析分析思路分析思路 简化问题提出假定简化问题提出假定微段梁滑移

16、变形模型微段梁滑移变形模型由微段梁静力平衡条件、由微段梁静力平衡条件、物理条件和物理条件和变形变形条件条件建立滑移变量建立滑移变量s s的微分方程的微分方程求解微分方求解微分方程并由边值条件确定方程解系数程并由边值条件确定方程解系数建立滑移变量建立滑移变量s s与附加挠度的关系与附加挠度的关系得出附加挠度公式得出附加挠度公式对附对附加挠度公式进行简化。加挠度公式进行简化。第32页/共52页简化假定钢梁与混凝土板交界面上的水平剪力与相钢梁与混凝土板交界面上的水平剪力与相 对滑移成正比对滑移成正比（同一截面处钢梁与混凝土（同一截面处钢梁与混凝土 翼板间的水平位移差）翼板间的水平位移差）；钢梁和混凝

17、土翼板具有相同的曲率并分别钢梁和混凝土翼板具有相同的曲率并分别 符合平截面假定；符合平截面假定；忽略钢梁与混凝土翼板间的竖向掀起作用。忽略钢梁与混凝土翼板间的竖向掀起作用。4.10.1 组合梁变形特点及分析2.滑移附加挠度分析第33页/共52页滑移微分方程4.10.1 组合梁变形特点及分析2.滑移附加挠度分析简支组合梁挠度计算模型简支组合梁挠度计算模型一个连件间距范围内剪力一个连件间距范围内剪力任务：建立微分方程任务：建立微分方程同一截面栓同一截面栓钉个数钉个数ns单个栓钉极限单个栓钉极限抗剪承载力抗剪承载力第34页/共52页微段梁变形模型微段梁变形模型滑移微分方程y1第35页/共52页滑移微

18、分方程教材教材P89式式（4-74）有误）有误教材缺此式教材缺此式第36页/共52页滑移微分方程P89式（式（4-79）有误）有误弯矩拉应变弯矩拉应变轴力压应变轴力压应变轴力拉应变轴力拉应变弯矩压应变弯矩压应变第37页/共52页滑移微分方程教材教材P89式式4-82有误有误第38页/共52页滑移微分方程教材教材P90参数有误参数有误第39页/共52页滑移微分方程教材教材P90式（式（4-83）有误）有误方程解与附加曲率的关系第40页/共52页方程解与附加曲率的关系4.10.1 组合梁变形特点及分析2.滑移附加挠度分析hhshc教材教材P90式（式（4-85）有误）有误第41页/共52页附加挠度

19、4.10.1 组合梁变形特点及分析2.滑移附加挠度分析待定待定常数常数第42页/共52页用换算截面计算用换算截面计算滑移滑移引起引起附加挠度4.10.1 组合梁变形特点及分析2.滑移附加挠度分析教材教材P90式（式（4-88）有误，推导结果与（）有误，推导结果与（4-91）相同）相同第43页/共52页附加挠度4.10.1 组合梁变形特点及分析2.滑移附加挠度分析作业作业 试推导以上两种受力模式的附加挠度公式。试推导以上两种受力模式的附加挠度公式。集中力到跨中的距离集中力到跨中的距离教材教材P90式（式（4-89）和式和式（4-92）有误）有误第44页/共52页简化挠度公式4.10.1 组合梁变

20、形特点及分析2.滑移附加挠度分析按长期荷载或短期荷载及按长期荷载或短期荷载及相应换算截面计算的挠度相应换算截面计算的挠度滑移附加挠度滑移附加挠度刚度折减系数刚度折减系数第45页/共52页4.10.2 组合梁变形计算方法 无论是简支组合梁还是连续组合梁，均要求按无论是简支组合梁还是连续组合梁，均要求按荷载标准组合和荷载准永久组合两种情况进行挠度荷载标准组合和荷载准永久组合两种情况进行挠度验算，容许值详表验算，容许值详表4-64-6。挠度计算公式考虑荷载、滑移和徐变三种效应。挠度计算公式考虑荷载、滑移和徐变三种效应。简支组合梁简支组合梁刚度公式刚度公式第46页/共52页4.10.2 组合梁变形计算

21、方法连续组合梁连续组合梁 目前各国主要的结构设计规范均建议按照变截目前各国主要的结构设计规范均建议按照变截面杆件计算连续组合梁的挠度。面杆件计算连续组合梁的挠度。据试验分析，可以在支座两侧各据试验分析，可以在支座两侧各1515跨度范围跨度范围内采用负弯矩截面的抗弯刚度，其余区段采用正弯内采用负弯矩截面的抗弯刚度，其余区段采用正弯矩作用下的组合截面刚度，然后按照弹性理论计算矩作用下的组合截面刚度，然后按照弹性理论计算组合梁的挠度。组合梁的挠度。负弯矩区只考虑钢梁和钢筋形成的组合作用，负弯矩区只考虑钢梁和钢筋形成的组合作用，正弯矩区则采用考虑滑移效应的折减刚度。正弯矩区则采用考虑滑移效应的折减刚度

22、。第47页/共52页4.10.2 组合梁变形计算方法连续组合梁连续组合梁正弯矩区截面刚度正弯矩区截面刚度负弯矩区截面刚度负弯矩区截面刚度组合截面不计组合截面不计混凝土中和轴混凝土中和轴挠度公式详表挠度公式详表4-74-7和表和表4-84-8第48页/共52页【例题例题4-64-6】按例题按例题4-44-4塑性抗剪连接设计，验塑性抗剪连接设计，验算例题算例题4-14-1简支组合梁挠度。简支组合梁挠度。解：解：在荷载效应标准组合下的挠度验算在荷载效应标准组合下的挠度验算在荷载效应准永久组合下的挠度验算在荷载效应准永久组合下的挠度验算第49页/共52页4.10.3 混凝土翼板裂缝宽度计算组合截面不计组合截面不计混凝土中和轴混凝土中和轴ys1第50页/共52页作业作业 P98选作习题选作习题2试验算连续组合试验算连续组合梁边跨的挠度。梁边跨的挠度。说明：说明：简化为简化为5等跨变截面等跨变截面连续梁用有限元软件连续梁用有限元软件建模计算；建模计算；只验算荷载标准组只验算荷载标准组合（满跨布置）作用合（满跨布置）作用下的挠度，挠度限值下的挠度，挠度限值为为l/400。第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页