钢-混凝土组合梁设计.ppt

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1、第四讲 钢-混凝土组合梁截面设计1主要内容施工阶段使用阶段1.按弹性理论设计2.按塑性理论设计21按弹性理论确定钢-混凝土组合梁截面承载力基本假定折算截面截面特性混凝土徐变影响截面正应力截面剪应力设计实例31.1按弹性理论设计的基本假定截面的范围：钢梁+有效宽度范围内的混凝土板，且假设应力在混凝土板内均匀分布钢和混凝土均为理想线弹性材料忽略钢梁和混凝土翼缘板之间的滑移符合平截面假定有效宽度范围内的混凝土板按实际面积计算，不扣除受拉开裂面积，忽略板托面积，对压型钢板-混凝土组合板，板肋部分混凝土面积忽略忽略混凝土板内的钢筋41.2组合梁折算截面计算理论：将混凝土部分折算成钢材，按材料力学方法51

2、.3截面特性计算61.4混凝土徐变的影响荷载的标准组合 vs 准永久组合活荷载的准永久值系数？长期荷载作用下，混凝土的弹性模量折减混凝土徐变，弹性模量降低71.5截面正应力81.6截面剪应力91.7两阶段应力叠加：施工阶段与使用阶段施工阶段：研究对象为钢梁简支梁或多跨连续梁，跨度为：无支撑时取支座间距有支撑时取支撑之间的距离101.7.1施工阶段设计荷载自重：钢梁：7850kg/m3混凝土：2500kg/m3压型钢板：根据型号查表施工荷载：不小于1.5kN/m2111.7.2施工阶段设计钢梁弯曲应力上翼缘上表面腹板上端与上翼缘相交处下翼缘下表面腹板下端与下翼缘相交处121.7.2施工阶段设计剪

3、应力腹板上端与上翼缘相交处中性轴处腹板上端与上翼缘相交处折算应力腹板上端与上翼缘相交处腹板上端与上翼缘相交处131.7.3使用阶段设计研究对象：折算后的组合截面截面中性轴位置变化141.7.4使用阶段设计荷载计算跨度和跨数：支座之间的距离二期恒荷载：装修，抹灰，吊顶，管道等恒载有支撑时，去除支撑，反向施加支座反力使用活荷载：建筑结构荷载规范151.7.5应力叠加两阶段设计钢梁：应力叠加混凝土板：仅第二阶段应力挠度：两阶段叠加 161.7.6正应力验算正应力验算171.7.7剪应力验算剪应力验算181.8施工阶段整体稳定验算191.9设计实例20（1）施工阶段设计（1.1）荷载计算钢梁截面：上翼

4、缘120 x6；下翼缘150 x8；腹板286x8厚90；宽3000施工荷载1kN/m221（1.2）内力计算跨度3.5m支座截面弯矩1/8ql2支座反力3/8ql22上翼缘Aft=120 x6=720下翼缘Afb=150 x8=1200腹板Aw=286x8=2288A=Aft+Afb+Aw=4208Ybs=134.06;Yts=165.94Is=55.68e423借助Excell计算正应力计算截面剪应力计算IsysSo支座截面L/4L/2支座截面L/4L/2弯矩5.57E+07010.89-19.45010.89-19.45剪力19.454.1727.7819.454.1727.78钢梁顶A

5、-165.900-32.45 57.97 0.00 0.00 0.00 钢梁腹板上端B-159.9117316.8 0-31.28 55.87 5.12 1.10 7.32 钢梁中性轴处C0219640.0 00.00 0.00 9.59 2.06 13.70 钢梁腹板下端D126.06156072.0 024.66-44.03 6.81 1.46 9.73 钢梁底E134.060026.22-46.83 0.00 0.00 0.00 24（2）使用阶段设计25（2.1）短期荷载效应组合混凝土翼板的等效宽度Beq=1200/6.87=174.7中性轴距梁底的距离Ybs=(174.7*90*34

6、5+120*6*297+286*8*151+150*8*4)/(174.7*90+120*6+286*8+150*8)=300.526Is=174.7*903/12+174.7*90*44.52+120*6*3.52+8*2863/12+8*286*149.52+150*8*296.52 =2.14e827（2.2）短期荷载效应计算恒荷载楼面铺装，吊顶等1.5*3*1.2=5.4kn/m活荷载使用荷载3*3*1.4=12.6kn/m总荷载：5.4+12.6=18.0kn/m支撑的反力设计值55.56kN28（2.3）内力单跨：跨度7.0m荷载：均布+集中弯矩：29应力计算30（2.4）长期荷载

7、效应组合混凝土翼板的等效宽度Beq=0.5*1200/6.87=87.3中性轴距梁底的距离Ybs=(87.3*90*345+120*6*297+286*8*151+150*8*4)/(87.3*90+120*6+286*8+150*8)=271.431Is=87.3*903/12+87.3*90*118.62+120*6*25.62+8*2863/12+8*286*117.42+150*8*257.42 =1.83e832（2.5）长期荷载效应计算恒荷载楼面铺装，吊顶等1.5*3*1.2=5.4kn/m活荷载使用荷载3*3*1.4*0.5=6.3kn/m总荷载：5.4+6.3=11.7kn/m

8、支撑的反力设计值55.56kN33（2.6）内力单跨：跨度7.0m荷载：均布+集中弯矩：34（2.7）应力计算352按塑性理论确定钢-混凝土组合梁截面承载力基本假定完全抗剪连接部分抗剪连接截面正应力截面剪应力设计实例362.1按塑性理论分析的基本规定施工阶段钢梁验算仍按弹性一般为挠度控制，挠度25mm挠度计算仍按弹性理论确定截面的刚度使用阶段钢梁验算不必考虑应力叠加塑性分析理论与荷载路径无关塑性理论的基本假定：所以参与受力的材料均屈服372.2钢梁截面尺寸要求为保证塑性充分发展，避免截面屈服前发生局部屈曲，截面尺寸满足：382.3完全抗剪连接组合梁受弯承载力基本假定：39板中钢筋？40412.

9、4部分抗剪连接组合梁受弯承载力条件限制，无法设置足够的栓钉部分抗剪连接承载力已满足要求基本假定：42截面应变分布？432.4.1部分抗剪连接承载力计算方法1：钢结构设计规范442.4.2 部分抗剪连接承载力计算方法2：EC42.4.3 部分抗剪连接承载力计算方法3：清华回归公式452.5竖向抗剪承载力计算腹板剪应力均匀分布忽略混凝土翼板和板托贡献2.5.1 竖向抗剪连接承载力计算方法1：仅腹板受剪2.5.2 竖向抗剪连接承载力计算方法2：考虑混凝土翼板462.6设计实例：塑性理论设计例7-147（1）施工阶段按弹性理论跨度为3.5m的两跨连续梁已计算，满足要求（2）使用阶段：塑性理论跨度为7m

10、的简支梁，不必考虑荷载路径荷载计算判断中性轴位置截面承载力48（1）荷载计算495051不必在计算混凝土翼板的抗剪贡献523抗剪连接件设计作用：传递剪力，保证钢梁与混凝土翼板共同工作抗掀起类型：刚性柔性533.1抗剪连接的破坏形式 3.1.1 混凝土挤压破坏54 3.1.2 栓钉剪坏 3.1.3 混凝土劈裂破坏553.2抗剪连接件的承载力3.2.1 栓钉的抗剪承载力563.2.2 槽钢连接件573.2.3 弯筋连接件583.3压型钢板-栓钉抗剪件承载力的折减主梁型组合梁主梁型组合梁次梁型组合梁次梁型组合梁59606162短期荷载效应短期荷载效应3.4抗剪件按弹性方法设计63划分剪跨区段3.5抗

11、剪件按塑性方法设计6465例8.1664组合梁纵向抗剪设计4.1 纵向受剪破坏机理：混凝土受的压应力沿板长和板宽方向不均匀67影响纵向抗剪破坏的因素混凝土的强度等级混凝土翼板的厚度横向钢筋的数量和位置连接件的种类，数量，布置方式，间距荷载作用方式684.2组合梁纵向剪切破坏面纵向剪切破坏裂缝端部混凝土的竖向劈裂剪力最大混凝土压应力最不均匀剪跨段裂缝贯通69混凝土翼板竖向界面包络连接件的界面704.3纵向剪切面的抗剪强度4.3.1 EC4的桁架模型(*)叠合面的剪力Vl混凝土斜压杆的压力De横向钢筋的拉力Ts71（1）混凝土开裂前：混凝土斜压杆破坏72（2）混凝土开裂后：裂缝间混凝土的咬合力，横向钢筋的销栓力，压型钢板的抗剪力73744.3.2钢-混凝土组合结构设计规程DL/T5085-1999754.4混凝土翼板及板托纵向抗剪验算76荷载效应荷载效应Vl,1的计算的计算4.4.1 根据力的平衡计算根据实际受力情况确定界面的剪力77787980荷载效应荷载效应Vl,1的计算的计算4.4.2 根据抗剪连接件的承载力计算纵向抗剪承载力应与抗剪连接件的承载力相等8182例9.183