型钢混凝土梁设计精选文档

1、型钢混凝土梁设计,指导教师,张鹏鹏,学,生：樊华,学,号,132081402044,主要内容,第一节,基本概念,第二节,型钢混凝土梁受力性能和破坏形态及截面应力分,析,第三节,型钢混凝土梁正截面承载力计算,第四节,型钢混凝土梁斜截面承载力计算,第五节,型钢混凝土梁裂缝和变形验算,第一节,基本概念,1,型钢混凝土组合构件的概念,2,型钢混凝土构件的配置形式,3,型钢混凝土组合结构的特点,4,型钢混凝土组合结构的分类,5,型钢混凝土组合结构的计算方法,1,型钢混凝土组合构件的概念,型钢混凝土组合构件是一种由核心部分的型钢,section steel,，外部的钢筋,reinforcing steel

2、 bar,和混凝土,concrete,三种材料组成能协同工作的组合构,件,2,型钢配置形式,3,型钢混凝土组合结构的特点,1,与钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土结构的特点,变形能力强、抗震性能好,钢筋混凝土结构由于混凝土材料的脆性特性，特别是当,同一层的柱刚度相差较大、负担剪力不均衡或是当结构存,在较大的偏心扭转时，构件容易发生剪切破坏，结构的延,性较差。型钢混凝土由于型钢的存在，构件延性得到很大,的改善,在截面尺寸相同的条件下，可以合理配置较多的钢材,超高层建筑底层柱的轴力很大，当采用钢筋混凝土构件时,为了满足规范对轴压比的要求，柱截面尺寸通常很大、而,这类短柱的延性往往很差。如果采用型钢混凝

3、土构件，就,可以大大提高,含钢率,使柱子的,承载能力,与,变形能力,显著,提高,3,型钢混凝土组合结构的特点,当基础采用钢筋混凝土结构、上部为钢结构时，采用型钢,混凝土结构作为过渡层可以使结构的内力传递更为合理,在施工时，型钢骨架有较大的承载力，可以作为脚手架使,用，并可承受模板的重量。如果再利用压型钢板作为钢筋,混凝土楼板的模板的话，可以大大节省模板工作量,由于在构件中同时存在型钢与钢筋，浇筑混凝土比较困难,用钢量大，建设费用较高。型纲混凝土结构的用钢量为,80-180,其中型钢占总用钢量的,20,50,3,型钢混凝土组合结构的特点,2,与纯钢结构相比，型钢混凝土结构的特点,混凝土兼有参与构

4、件受力与保护层的功能，经济性较好,可节省钢材,结构刚度大，外力作用下变形小，在风荷载和地震作用,下，结构的水平位移易满足要求,混凝土有利于提高型钢的整体稳定性,钢板的局部屈曲,杆件弯曲失稳及梁的侧向失稳不易发生,如果结构构件设,计合理，就能保证很好的延性,使用的型钢规格较小、钢板厚度较薄，比较符合目前我,国钢材轧制的实际情况,结构自重较大，施工复杂程度较高,4,型钢混凝土组合结构的分类,型钢混凝土组合结构分为两类,第一类是全部构件均采用型钢混凝土,第二类是部分构件采用型钢混凝土，即柱，剪力墙采用型,钢混凝土构件，而框架梁采用钢梁或钢筋混凝土梁,5,型钢混凝土组合结构的计算方法,目前，大致可以归

5、纳为如下三种方法,1,基于试验与数值计算经验公式的计算方法。这种计,算方法是以钢结构计算理论为基础，考虑混凝土对型钢刚,度的提高作用，按钢结构稳定理论计算。适用于含钢率较,大的情况,2,基于钢筋混凝土的计算方法。这种方法假定构件内,的型钢与混凝土形成一个整体，变形一致，从而采用钢筋,混凝土构件的有关计算理论,3,承载力叠加法。这种方法是一种简单的叠加法，没,有考虑钢与混凝土间的粘结力及型钢与混凝土间的约束与,支撑作用,5,型钢混凝土组合结构的计算方法,在我国主要有两种,一种计算方法是以概率理论为基础的极限状态设计法。另,一种计算方法是承载力叠加计算法。它是将型钢与混凝土,分开来计算，然后叠加,

6、第二节,型钢混凝土梁受力性能和破坏形态,及截面应力分析,1,型钢混凝土梁的受力性能和破坏形态,2,型钢与混凝土的共同作用,1,型钢混凝土梁的受力性能和破坏形态,研究结果表明，设有剪力连接件的实腹式型钢混凝土梁在,达到极限承载力之前，型钢与混凝土基本能够共同工作,型钢与混凝土的粘结力一般不会怕坏。所以可以认为这种,实腹式型钢混凝土梁截面中的型钢与混凝土的应变符合平,截面假定,plane cross-section assumption,随着荷载的增加，型钢腹板与翼缘之间的核心混凝土受到,型钢的约束，裂缝发展到型钢下翼缘附近，裂缝不随荷载,增加而发展，出现,裂缝发展停滞现象,当加载到,80,左右的

7、极限荷载，受压翼缘高度处出现水平,的粘结裂缝，随着荷载的增加，保护层脱落，受压区混凝,土压碎构件破坏。,受压区型钢保护层越小，粘结断裂破,坏越明显,2,型钢与混凝土的共同作用,因为在型钢混凝土组合结构中，型钢的表面积和截面面积,之比值较小，且表面平整，粘结强度较小，二者之间容易,产生,滑移,所以为了确保型钢与混凝土的共同作用，应采,取以下三种措施,1,采用充满型实腹型钢混凝土梁,2,在型钢上翼缘处设置抗剪连接件,3,配置必要的纵向钢筋和箍筋,第三节,型钢混凝土梁正截面承载力计算,1,基本假定,2,正截面抗弯承载力计算,1,基本假定,1,截面应变分布符合平截面假定，型钢与混凝土之间,无相,对滑移

8、,2,不考虑混凝土抗拉强度,3,取受压边缘混凝土极限压应变,0.003,相应的最大压应力,取混凝土轴心受压强度设计值,4,型钢腹板的应力图取为拉、压梯形应力图形。设计计算,时，简化为等效矩形应力,5,钢筋应力等于其应变与弹性模量的乘积，但不大于其强,度设计值,2,正截面抗弯承载力计算,由于充满型型钢混凝土框架梁是以,适筋梁破坏,作为其抗弯,承载力的极限状态，所以我们在设计和计算中要确保受拉,钢筋和型钢翼缘首先屈服，然后受压翼缘屈服，直至最后,受压混凝土压碎，整个充满型型钢混凝土框架梁才达到抗,弯承载力而破坏,2,正截面抗弯承载力计算,根据上述的基本假定，我们利用平衡条件,0,0,x,M,2,正

9、截面抗弯承载力计算,可得基本方程,1,非抗震设计,弯矩的平衡方程,水平力的平衡方程,aw,a,af,a,s,s,y,c,M,a,h,A,f,a,h,A,f,x,h,bx,f,M,2,0,0,0,1,0,1,aw,af,a,s,y,af,a,s,y,c,N,A,f,A,f,A,f,A,f,bx,f,2,正截面抗弯承载力计算,2,抗震设计,2,1,0,0,0,1,aw,a,af,a,s,s,y,c,RE,M,a,h,A,f,a,h,A,f,x,h,bx,f,M,0,1,aw,af,a,s,y,af,a,s,y,c,N,A,f,A,f,A,f,A,f,bx,f,2,正截面抗弯承载力计算,当,时,x,

10、h,1,0,1,1,x,h,1,0,2,1,a,w,a,w,f,h,t,N,0,2,1,1,2,a,w,aw,f,h,t,M,2,0,2,1,1,2,1,2,2,2,1,1,2,2,1,2,正截面抗弯承载力计算,式中,相对受压区高度,相对界限受压区高度,分别为型钢腹板的上端、下端至梁截面混凝土,受压区上边缘距离与的比值,型钢腹板承受的轴向合力,型钢腹板承受的轴向合力对于型钢受拉翼缘,和纵向受拉钢筋合力点的距,b,1,2,aw,N,aw,M,2,正截面抗弯承载力计算,为了保证型钢混凝土梁的型钢上翼缘和纵向受压钢筋在,破坏前达到屈服；截面受压区高度应满足,为了保证梁的破坏形态为型钢下翼缘和受拉纵向

11、钢筋,先屈服，然后受压区混凝土被压碎，截面相对受压区应满,足,f,a,t,a,x,0,h,x,b,2,正截面抗弯承载力计算,值可按平截面假定推导出,抗震设计时,x,应满足以下要求,一级框架梁,二，三级框架,b,0,25,0,h,x,s,a,y,b,E,f,f,003,0,2,1,1,0,35,0,h,x,第四节,型钢混凝土梁斜截面承载力计算,1,型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁的受剪性能差异,2,斜截面破坏形态,3,影响型钢混凝土梁斜截面受剪性能的因素,4,型钢混凝土梁斜截面的抗剪承载能力计算方法,5,抗剪承载能力计算,1,型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁的受剪性能,差异,1,斜裂缝出现时。实腹式型钢具有

12、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，型钢腹板对混凝土的拉压变形起到有,效的约束作用,3,剪压破坏的梁是因为剪压区混凝土的破坏而达到极限,承载力，与钢筋混凝土梁斜截面受剪的脆性破坏特征截然,不同,2,斜截面破坏形态,破坏形态主要有三种类型,2,斜截面破坏形态,1,斜压破坏,剪跨比,1.0,以及,1.01.5,且含钢率较大的情况,2,剪压破坏,剪跨比,1.5,且含钢率较小的情况,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,2,斜截面破坏形态,3,剪切粘结破坏,不配箍筋或箍筋很少、且剪跨比较大的情况,型钢与混凝土的粘结力

13、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,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,2,斜截面破坏形态,综上所述,斜压破坏和剪压破坏通过型钢混凝土梁的斜截,面受剪计算解决。剪切粘结破坏是通过构造解决，设计中,应通过配置必要的构造箍筋，设置抗剪连接件，增加型钢,外围混凝土厚度等措施提高型钢混凝土梁抗剪切粘结破坏,的能力,3,影响型钢混凝土梁斜截面受剪性能的因素,1,剪跨比,剪跨比,2.5,时，梁的承载力往往由弯曲应力控制,一般发生,弯曲破坏,型钢混凝土梁不会发生斜拉破坏，型钢腹板可以有效,阻止斜拉裂缝的产生,均布荷载下，型钢混凝土梁的斜裂缝

14、靠近支座，型钢腹板,中正应力相对较小，承载力主要由剪应力控制，型钢腹板,的受力基本上接近纯剪,3,影响型钢混凝土梁斜截面受剪性能的因素,2,型钢腹板含钢率,含钢率,A,w,bh,0,由于型钢腹板的刚度较大,斜裂缝出现前,其剪应变与混,凝土的基本一致,斜裂缝出现后,由于型钢对腹部的混凝,土有约束作用,梁的抗剪刚度降低不多,型钢腹板,屈服后,对混凝土的约束丧失，梁的抗剪刚度降,低较快，变形增大。但其极限变形远大于混凝土梁，表现,出,较好的延性性能,3,影响型钢混凝土梁斜截面受剪性能的因素,3,配箍率,配箍率,sv,A,sv,bs,裂缝出现前，箍筋的应力很小，基本不起作用,设计合理的适筋梁，剪压破坏

15、时，箍筋基本屈服,箍筋的约束作用还能有效防止型钢翼缘与混凝土交界面的,剪切破坏,3,影响型钢混凝土梁斜截面受剪性能的因素,4,型钢翼缘宽度与梁宽度比,b,f,b,型钢翼缘对梁腹部混凝土具有约束作用，能提高梁的承载,力和变形能力,但是,如果比值过大，使梁侧混凝土保护层厚度过小，容,易产生剪切粘结破坏,5,混凝土强度等级,一般，混凝土部分受剪承载力随混凝土强度提高而提高,剪跨比一定时，抗剪承载力随混凝土强度提高,剪跨比较小时，增长率较大,剪跨比较大时，增长率较小,4,型钢混凝土梁斜截面的抗剪承载能力计算方法,分为以下三种,1,将腹板看作连续分布的箍筋，采用混凝土梁的计算方,法,含钢量小时，基本符合

16、实际,2,剪力分配计算方法,荷载的反复作用型钢与混凝土之间的粘结作用丧失,剪力由型钢部分和钢筋混凝土部分一起承担,计算较复杂，不易准确,4,型钢混凝土梁斜截面的抗剪承载能力计算方法,3,叠加方法,用型钢部分与钢筋混凝土部分受剪承载力之和作为型钢,混凝土构件的受剪承载力,我国采用此种方法,5,抗剪承载能力计算,抗剪承载能力的计算公式,型钢混凝土梁的抗剪承载力由混凝土，型钢和箍筋三者组,成,2,与斜裂缝相交的箍筋承担的受剪承载力可表示为,a,sv,c,V,V,V,V,0,bh,f,V,c,c,0,h,s,A,f,V,sv,yv,sv,1,混凝土部分的受剪承载力可表示,为,5,抗剪承载能力计算,在均

17、布荷载作用下，型钢混凝土梁抗剪达到极限状态时,型钢腹板的应力，基本上可取型钢纯剪状态时的剪切屈服,强度,a,a,f,f,58,0,3,1,w,w,a,a,h,t,f,V,58,0,5,抗剪承载能力计算,在集中荷载作用下，型钢的抗剪能力随着剪跨比的增加反,而降低，其腹板的抗剪强度为,a,a,f,f,58,0,w,w,a,a,h,t,f,V,58,0,5,抗剪承载能力计算,则承载力计算公式,非抗震设计,均布荷载作用下,集中荷载作用下,w,w,a,sv,yv,c,c,b,h,t,f,h,s,A,f,bh,f,V,58,0,08,0,0,0,w,w,a,sv,yv,c,c,b,h,t,f,h,s,A,

18、f,bh,f,V,58,0,5,1,2,0,0,0,抗震设计,均布荷载作用下,集中荷载作用下,58,0,8,0,06,0,1,0,0,w,w,a,sv,yv,c,c,RE,b,h,t,f,h,s,A,f,bh,f,V,58,0,8,0,5,1,06,0,1,0,0,w,w,a,sv,yv,c,c,RE,b,h,t,f,h,s,A,f,bh,f,V,5,抗剪承载能力计算,截面适用条件,非抗震设计,抗震设计,为了避免型钢含量过小，要求满足,36,0,1,0,bh,f,V,c,c,RE,b,10,0,0,bh,f,h,t,f,c,w,w,a,0,45,0,bh,f,V,c,c,b,第五节,型钢混凝土

19、梁裂缝和变形验算,1,为什么要控制裂缝宽度,2,裂缝控制的两个基本问题,3,型钢混凝土梁裂缝宽度的计算,4,型钢混凝土梁裂缝宽度的验算与裂缝控制值,5,型钢混凝土梁的刚度与变形计算,1,为什么要控制裂缝宽度,控制裂缝宽度的理由是，过大的裂缝会引起混凝土中型钢,和钢筋的严重锈蚀，降低构件的耐久性，从而使结构的承,载能力降低；同时，过宽的裂缝会损坏结构的外观，给人,们心理上造成不安全感,2,裂缝控制的两个基本问题,裂缝控制的两个基本问题,裂缝宽度的计算和达到正常使用极限状态时的裂缝宽度限值,正常使用极限状态的一个问题是型钢混凝土梁的裂缝控制,另一个问题是型钢混凝土梁的刚度和变形计算,3,型钢混凝土

20、梁裂缝宽度的计算,型钢混凝土受弯构件裂缝宽度计算的基本假定,1,使用阶段截面应变符合平截面假定,2,钢筋，型钢和混凝土开裂前均在弹性范围内工作,3,开裂截面不考虑混凝土的受拉作用,4,非开裂截面受拉区混凝土应力均匀分布,3,型钢混凝土梁裂缝宽度的计算,型钢混凝土受弯构件裂缝宽度计算的位置应在,受拉钢筋合,力,处为基准,最大裂缝宽度的计算,3,型钢混凝土梁裂缝宽度的计算,3,型钢混凝土梁裂缝宽度的计算,4,型钢混凝土梁裂缝宽度的验算与裂缝控制,值,在型钢混凝土受弯构件中，型钢混凝土梁最大裂缝宽度应,按荷载短期效应组合，并考虑长期荷载作用的影响计算,室内正常环境下最大裂缝宽度限值取,0.3mm,露天或室内,高湿度环境条件下的构件取,0.2mm,lim,max,5,型钢混凝土梁的刚度与变形计算,型钢混凝土梁的刚度计算的基本假定,1,在使用荷载阶段，型