配实腹钢的型钢混凝土结构的应用与研究.ppt

报 告 人：王洋 学 号：G20148026 班 级：建工硕1401班,配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算,Company Logo,配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,3.剪压破坏,1.剪切斜压破坏,2.剪压粘结破坏,1.1梁斜压破坏机理,Company Logo,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,斜压破坏的型钢混凝土梁，在剪切破坏前大致平行的斜裂缝将剪跨区的混凝土分割成若干斜压杆。混凝土和型钢腹板一起参加斜压杆工作。由于斜压杆主要传递轴向压力，因此全梁犹如一个拱，斜压杆作为传递压力拱圈，型钢受拉翼缘及纵向受拉钢筋作为拱的拉杆，因此，剪切斜压破坏可假定为拉拱作用机理。,Company Logo,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,1.2 剪切斜压破坏,条件：剪跨比1.0，以及1.01.5 且含钢率较大的情况,图1-1:斜压破坏机理示意图,图1-2:斜压破坏形态示意图,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,1.3 梁剪切粘结破坏机理,（1）因为型钢混凝土构件中，型钢与混凝土粘结力差是其薄弱环节，因此当不配箍筋或箍筋很少且剪跨比较大时，有时会发生剪切粘结破坏，产生剪切粘结破坏裂缝 。 （2）型钢与混凝土的粘结力极易丧失，传递剪力的能力降低，于是在型钢翼缘外侧的混凝土中产生应力集中。,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,1.4 剪切粘结破坏,条件：不配箍筋或箍筋很少、且剪跨比较大的情况,图1-3:剪切粘结破坏示意图,破坏形态：在型钢翼缘附加产生劈裂裂缝，沿型钢翼缘水平方向发展，导致保护层脱落,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,1.5 梁剪压破坏机理,剪跨比1.5且含钢率较小时斜裂缝端部剪压区混凝土在正应力和剪应力的共同作用下被压碎。,图1-4:剪压破坏示意图,破坏形态：先由弯矩影响产生垂直裂缝，随剪力增加发展为斜裂缝，最后剪压区混凝土压碎而破坏。,1.6 梁斜截面受剪性能 （1）斜裂缝出现时。实腹式型钢具有较大的抗剪刚度，而且在梁中腹板是连续分布的，对斜裂缝的开展起着较好的抑制作用。 （2）斜裂缝出现后，型钢腹板的贡献使梁的受剪承载力大为提高。 （3）具有较好的延性破坏特征。,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,（4）可能会发生剪切粘结破坏。型钢与混凝土交界面粘结强度较低，型钢混凝土梁破坏时受压侧保护层混凝土剥离范围大，设计中应通过配置必要的构造箍筋、增加型钢外围混凝土厚度等措施来提高剪切粘结承载力。 （5）受力过程中，由于受混凝土的约束，在满足宽厚比的条件下，型钢腹板不会发生局部屈曲，其强度能得以充分发挥，同时，型钢本身可以承担相当大的剪力，型钢混凝土梁的斜截面受剪承载力远比钢筋混凝土梁高。,一、梁斜截面受剪破坏形式及性能,Company Logo,配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算,1.剪跨比,二、斜截面承载力的影响因素,4.含钢率与型钢强度,5.宽度比,6.含箍率,2.加载方式,3.混凝土的强度等级,1.剪跨比:实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用所占比例。越大说明以弯矩为主,越小说明以剪力为主。所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度,而且影响到破坏形态，一般3.0发生弯曲破坏。 越小（M 影响越小）抗剪强度较高，越大（M 影响越大）抗剪强度越低。 2.加载方式：均布荷载作用下，粘结力较好，抗剪强度高，同时剪跨比对其影响不大；集中荷载作用下，抗剪强度较低，同时剪跨比对其影响明显。,二、斜截面承载力的影响因素,3.混凝土的强度等级：混凝土强度影响到斜压杆强度，剪压区强度以及粘结力等。 4.含钢率与型钢强度：含钢率越高，型钢强度越高，抗剪能力越大。 5.宽度比：在一定范围内越大，型钢约束的混凝土相对较多，梁的抗剪强度与变形能力提高。 6.型钢翼缘的保护层：保护层太小，易发生粘结破坏，产生较大滑移。 7.含箍率：钢箍本身承担剪力，且能约束混凝土，因此使抗剪能力提高，因此在配实腹钢的型钢混凝土构件，必须配置必要的钢箍。,二、斜截面承载力的影响因素,Company Logo,配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算,国内外学者曾依据梁的各种破坏机理，分别给出了型钢混凝土梁的斜截面受剪承载力计算公式，但终因问题的复杂性而未得到实际应用.参考美国和欧洲制定的型钢混凝土结构设计规范，并结合国内外学者的研究，型钢混凝土梁的斜截面抗剪承载力主要有3 种计算方法： 1) 将型钢腹板视为均匀分布的箍筋，采用钢筋混凝土梁的计算方法； 2) 不考虑型钢与混凝土之间的粘结作用，计算各自所承担的剪力，再分别按钢梁和型钢混凝土梁的抗剪计算方法确定其抗剪承载力； 3) 将型钢部分和钢筋混凝土部分受剪承载力之和作为型钢混凝土梁 的抗剪承载力。 赵树红等人基于试验研究，认为第3 种计算方法是偏于安全的，我国现行两部设计规程采用的就是该种计算方法。型钢混凝土梁的斜截面抗剪承载力从形式上可由3 部分组成：1) 混凝土的贡献Vc；2) 箍筋的贡献Vsv；3) 型钢腹板的贡献Vsw。 V =Vsv +Vc +Vsw,三、斜承载力截面的计算方法,混凝土的抗力： 式中： 纵向受拉钢筋重心至受压边缘的距离； 混凝土抗力系数； 型钢腹板的抗剪能力： 式中： ， 分别为型钢腹板截面的厚度与高度； 型钢腹板的抗拉设计前度一般与型钢翼缘相同， 即为整个型钢的抗拉设计强度；,三、斜承载力截面的计算方法, 为型钢的抗力系数。 钢箍承担的剪力: （1）均布荷载时: 式中： 同一截面内箍筋各肢截面面积的总和； 箍筋的间距； 斜裂缝水平投影长度。 （2）集中荷载时:,三、斜承载力截面的计算方法,在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标要求得出： （1） 均布荷载作用下的矩形梁，以及T形梁工字形梁： 注：或将式右边第一项 改为 其中， 为型钢腹板厚度与高度， 为型钢抗拉强度设计值，其余符号用同混凝土规范。,三、斜承载力截面的计算方法,上式中，第一项为混凝土的抗力；第二项为型钢的抗力（只考虑腹板作用）；第三项为钢箍的作用。 在集中荷载作用下的独立矩形梁： 注：亦可将式右边第一项 改为 当 时，取 ； 当 时，取 。,三、斜承载力截面的计算方法,钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082 - 97)YB 均布荷载作用下： 集中荷载作用下：,三、斜承载力截面的计算方法,型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001 均布荷载作用下： 集中荷载作用下：,三、斜承载力截面的计算方法,钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082 - 97)YB （抗震设计）均布荷载作用下： （抗震设计）集中荷载作用下：,三、斜承载力截面的计算方法,型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001 （抗震设计）均布荷载作用下： （抗震设计）集中荷载作用下：,三、斜承载力截面的计算方法,我国SRC结构设计规程背景 我国从20世纪50年代开始应用型钢混凝土结构, 但研究起步较晚。20世纪80年代才开始对型钢混凝土结构进行较系统的研究。由西安建筑科技大学与原冶金部建筑研究总院最早开始研究。为了指导我国型钢混凝土结构的发展,1998年原冶金部参考了日本钢骨混凝土规范主持制定和颁布了我国第一部钢骨混凝土结构设计规程 (YB 9082- 97);2002年由建设部在总结了我国近年来的研究成果的基础上又颁布了型钢混凝土组合结构技术规程 (JGJ 138- 2001)。,三、斜承载力截面的计算方法,我国两部SRC结构设计规范的特点 1.钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082 - 97)YB 规程的特点是以日本规范模式为基础,忽略了型钢和混凝土之间的粘结作用,按叠加原理建立承载能力和刚度的计算公式,工程实际应用比较方便,计算简单,可操作性强,带有浓厚的“设计”气息,但设计结果偏于保守,容易造成不经济。 2.型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 138 - 2001PJ130 - 2001) “JGJ 规程”的特点也是以钢筋混凝土理论为基础、以试验研究成果为依据建立的。在这套规程中引入了平截面假定,采用极限状态设计法设计,基本上反映了我国目前对型钢混凝土结构研究的最新成果,并且其设计思路基本上与我国钢筋混凝土结构的设计方法相一致。该规程理论依据较为充分、考虑因素全面、计算结果比较准确,但计算公式比较复杂,带有较浓厚的“学院”气息。,三、斜承载力截面的计算方法,三、斜承载力截面的计算方法,我国尚未形成统一的SRC结构的设计规范。由于两部规程的编制依据和编制背景的不同,二者在SRC 构件计算理论、计算方法和构造要求上均有一定的差异。因此对型钢混凝土结构规程的差异和区别进行探讨分析,掌握两部规程的计算理论和设计方法,具有一定的实际意义。 在两部规程中,梁的斜截面抗剪承载能力计算理论都与钢筋混凝土斜截面的承载能力相同,将型钢混凝土截面的斜截面抗剪能力从形式上分为3 部分:箍筋抗剪作用V箍筋、混凝土抗剪作用Vc 和型钢(钢骨) 抗剪作用Vs ,即: V = Vrc + Vs = V箍筋+ Vc + Vs (1),两部规程关于V箍筋、Vc 和Vs 的规定主要区别在于系数取值不同(表1) ,通过比较各系数取值,可以大致看出两部规程的主要区别在于混凝土的抗剪承载力大小,“JGJ 规程”考虑到核心混凝土的约束作用,提高了混凝土的抗剪能力,但降低了箍筋的抗剪作用;型钢部分差别不大(f ssv0158fss) 。总体上,对于工程实际的斜截面抗剪计算,两部规程计算结果相差不太大。应该注意,“JGJ规程”考虑了剪跨比对集中荷载作用下型钢部分抗剪能力的影响,而“YB 规程”未曾考虑。,三、斜承载力截面的计算方法,三、斜承载力截面的计算方法,比较两部规程的意义 钢骨规程借鉴了日本规范的思想(简单叠加法)，众所周知，日本是个多地震的国家，其规范就必须考虑频发地震的影响，设计自然会趋向于保守，客观地讲，简单叠加法经历了日本震害的反复检验，是一种相对成熟的方法，适合我国高烈度地震区； 型钢规程吸收了苏联规范的精髓(变形一致)，适合于我国广阔的非地震频发地区。 两部规程的颁布推进了我国工程结构领域的技术进步与应用，但由于两部规程所采用的计算理论不同，因此在计算公式、计算过程、构造措施和计算结果等方面均有差异，这给工程应用带来一定的困难，对结构工程师提出了更高的要求，要求结构工程师能够灵活地根据不同工程情况和设计要求运用两本规范。,三、斜承载力截面的计算方法,Company Logo,配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算,4.1钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082 - 97)YB,四、保证梁斜截面承载力的措施,（1）型钢混凝土受剪截面的要求：,（2） 梁中箍筋的直径和间距应符合表4.1中的要求，箍筋间距也不应该大于梁高的1/2。对抗震设防的结构，在距梁端1.5倍的梁高的范围内，箍筋间距加密，当梁净跨小于梁截面高度4倍时，梁跨按箍筋加密要求配置。 表4.1,四、保证梁斜截面承载力的措施,四、保证梁斜截面承载力的措施,4.2型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001,（1）型钢混凝土受剪截面的要求：,（2）型钢混凝土框架梁的截面宽度不宜小于300mm 截面的高度和宽度的比值不宜大于4。 （3）型钢混凝土框架梁在支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处应在型钢腹板两侧对称设置支承加劲肋。 （4）型钢混凝土框架梁中箍筋的配置应符合国家标准混凝土结构设计规范GBJ1089 的规定考虑地震作用组合的型钢混凝土框架梁梁端应设置箍筋加密区其加密区长度箍筋最大间距和箍筋最小直径应满足表4.2要求。 （5）在箍筋加密区长度内箍筋宜配置复合箍筋其箍筋肢距可按国家标准混凝土结构设计规范GBJ1089 的规定适当放松。,四、保证梁斜截面承载力的措施,表4.2,四、保证梁斜截面承载力的措施,Company Logo,配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算,五、型钢混凝土结构设计知识,计算型钢混凝土结构,5.1型钢混凝土结构的设计常用软件,5.2型钢混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且难度最大的是：,1.需确定型钢柱中每根钢筋的准确位置。,五、型钢混凝土结构设计知识,2.根据型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度。,3.需确定框架梁中每根钢筋的准确位置。,4.根据柱梁钢筋的位置确定型钢穿孔位置。,5.型钢中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋直径大4-6mm。,总结,随着建筑造型和结构类型的不断创新，型钢混凝土结构研究的不断深入，人们也会面临越来越多的复杂而特殊的问题，所以需要我们结构科研工作者更加不断努力，不断创新！,参考目录, 1 车顺利. 型钢高强高性能混凝土梁的基本性能及设计计算理论研究 D . 西安: 西安建筑科技大学,2008. 2 郑山锁, 邓国专, 杨勇, 等. 型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究 J . 工程力学, 2003, 20( 5) : 63. 3 Fabbrocino G, Manfredi G, Cosenza E. 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