5第五章 混凝土结构

1、v第五章第五章 型钢混凝土结构型钢混凝土结构 steel reinforced concrete steel reinforced concrete structuresstructures 型钢混凝土结构又称钢骨混凝土、劲性钢筋混凝土型钢混凝土结构又称钢骨混凝土、劲性钢筋混凝土结构，是指柱、梁等构件，用型钢做骨架，外包钢筋结构，是指柱、梁等构件，用型钢做骨架，外包钢筋混凝土所形成的结构。混凝土所形成的结构。 5.1 5.1 概述概述1.1.型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢，也配有构造钢或少量受型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢，也配有构造钢或少量受力钢筋。力钢筋。 配置构造钢筋、少

2、量受力钢筋及钢箍主要目的是约束周围混凝土以及配置构造钢筋、少量受力钢筋及钢箍主要目的是约束周围混凝土以及补足所配型钢的不足。补足所配型钢的不足。2.2.按配钢型式，可分为配实腹型钢和配空腹式型钢两大类。按配钢型式，可分为配实腹型钢和配空腹式型钢两大类。配实腹钢：配实腹钢：可配轧钢或焊接工字钢、可配轧钢或焊接工字钢、h h型钢、槽钢等，配钢方式如图型钢、槽钢等，配钢方式如图4.14.1所示。此时必须还配有构造钢筋与钢箍。所示。此时必须还配有构造钢筋与钢箍。配空腹钢：配空腹钢：是由角钢构成的空间桁架式骨架，可以不配构造钢筋与钢箍，是由角钢构成的空间桁架式骨架，可以不配构造钢筋与钢箍，因其本身就能约

3、束混凝土，直腹杆与斜腹杆也为角骨钢构成，可抗剪。因其本身就能约束混凝土，直腹杆与斜腹杆也为角骨钢构成，可抗剪。3.3.型钢混凝土可以作为柱、梁、剪力墙和筒体等。型钢混凝土可以作为柱、梁、剪力墙和筒体等。4.4.型钢混凝土结构的优点：型钢混凝土结构的优点：强度大、刚度大，可减小构件断面，减少结构面积；强度大、刚度大，可减小构件断面，减少结构面积；延性好、耗能性能好，因而抗震性能好；延性好、耗能性能好，因而抗震性能好；图图 型钢混凝土构件型钢混凝土构件5.15.1工厂化制作程度高加快施工安装速度，改善劳动条件；工厂化制作程度高加快施工安装速度，改善劳动条件；可利用钢骨架挂模、滑模，节省模板、方便施

4、工；可利用钢骨架挂模、滑模，节省模板、方便施工；比钢结构节省大量钢材，比钢结构节省大量钢材，与全钢结构相比，可节约钢材与全钢结构相比，可节约钢材1/31/3左右。左右。且刚且刚度大，减少侧移、防火防锈性能好。度大，减少侧移、防火防锈性能好。5.5.适用范围：适用范围：高层、超高层建筑高层、超高层建筑地震区建筑地震区建筑大跨度梁大跨度梁荷载特别重的梁、柱等。荷载特别重的梁、柱等。5.2 型钢混凝土梁正截面承载能力分析型钢混凝土梁正截面承载能力分析 5.2.1 试验研究试验研究配实腹钢梁配实腹钢梁图图5.2 5.2 m-fm-f试验曲线试验曲线 根据型钢混凝土梁的试验，在加载初期，型钢与混凝土之间

5、滑移较小，根据型钢混凝土梁的试验，在加载初期，型钢与混凝土之间滑移较小，基本能保持共同工作，平截面假定成立。当荷载加大较大，约极限荷载基本能保持共同工作，平截面假定成立。当荷载加大较大，约极限荷载的的80%80%以后，滑移明显，直至破坏。其应变如图以后，滑移明显，直至破坏。其应变如图4.44.4所示。平截面假定不所示。平截面假定不成立。但是为了便于计算可以将其折算成一个修正平截面成立。但是为了便于计算可以将其折算成一个修正平截面( (见图见图4.10)4.10) 。 由于钢筋混凝土有所降低，由于钢筋混凝土有所降低， 约为约为0.002770.002770.00310.0031，建议可取，建议可

6、取 =0.003=0.003，由于滑移影响，促使受压区保护层较容易剥落。因此影响，由于滑移影响，促使受压区保护层较容易剥落。因此影响到承载能力有所降低。到承载能力有所降低。cucu实际应变修正平截面图图5.3 应变突变应变突变图图5.4 5.4 平均应变平均应变图图5.5 5.5 空腹式配钢构件空腹式配钢构件5.2.2 配实腹钢的型钢混凝土梁正截面承载能力计算配实腹钢的型钢混凝土梁正截面承载能力计算1.基本假定基本假定 1)1)梁受力后截面应变仍符合平截面假定（修正平截面）梁受力后截面应变仍符合平截面假定（修正平截面）2)2)破坏时，梁受压区边缘的混凝土极限压应变为破坏时，梁受压区边缘的混凝土

7、极限压应变为3)3)达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布，其中应力可达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布，其中应力可取取 ，受压区折算高度，受压区折算高度 ，x0为受压区实际高度。为受压区实际高度。4 4) )达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作。2.2.矩形截面梁的计算矩形截面梁的计算 型钢混凝土梁正截面计算时，根据中和轴位置不同分：型钢混凝土梁正截面计算时，根据中和轴位置不同分： 在型钢腹板中通过；在型钢腹板中通过；不通过型钢；不通过型钢；中和轴恰好在型钢受压翼缘中和轴恰好在型钢受压翼缘中通过。中通过。 1)1)情

8、况情况可以作为判别其他两种情况的界限，其应力如图可以作为判别其他两种情况的界限，其应力如图( (4.124.12) )所示。所示。003. 0cucf08 . 0 xx 图4.1 中和轴在型钢受压翼缘中通过时的应力图形/2/2bbraahssfsasssaafyshaasrfcx0afysxsa图图5.6 中和轴在型钢受压翼缘中通过时的应力图形中和轴在型钢受压翼缘中通过时的应力图形 由于中和轴在型钢上翼缘通过，可认为其应力为零，不考虑上翼缘作用由于中和轴在型钢上翼缘通过，可认为其应力为零，不考虑上翼缘作用由力的平衡可得此时受压区高度由力的平衡可得此时受压区高度: :如果求得的如果求得的 之间，

9、即按此种情况考虑之间，即按此种情况考虑其其极限弯矩极限弯矩为（对型钢上翼缘边缘取矩）为（对型钢上翼缘边缘取矩）其中因为翼缘板厚其中因为翼缘板厚 比型钢高度比型钢高度 小得多，因此取力臂时忽略翼缘板厚小得多，因此取力臂时忽略翼缘板厚的影响的影响如果上下翼缘面积相等如果上下翼缘面积相等 ，即型钢对称，则，即型钢对称，则承载承载能能力计算公式力计算公式 bfafhtfafafxcsyswssfssy222swsssfsrssyrssyscuhtfhafaaafaahafxabxfmsfsfaa 22ssssrssyrssyscuhafaaafaahafxabxfmssaax8 . 0umm （5 5

10、.1.1）（5 5.2.2a a）ftsh（5 5.2.2b b）其中其中 为型钢全截面面积；为型钢全截面面积；符号：符号： 梁全高；梁全高； 型钢截面高；型钢截面高； 梁宽；梁宽； - -分别表示受拉钢筋重心至受拉区边缘和受压钢筋重心至受压区边缘分别表示受拉钢筋重心至受拉区边缘和受压钢筋重心至受压区边缘的距离；的距离； - -分别为型钢下翼缘至受拉边缘和型钢上翼缘至受压区边缘的距离；分别为型钢下翼缘至受拉边缘和型钢上翼缘至受压区边缘的距离； - -分别为受拉钢筋和受压钢筋的截面积；分别为受拉钢筋和受压钢筋的截面积； - -分别为型钢下翼缘与上翼缘的截面积；分别为型钢下翼缘与上翼缘的截面积；

11、- -型钢腹板厚度；型钢腹板厚度； - -分别为受拉钢筋、受压钢筋型钢的设计强度。分别为受拉钢筋、受压钢筋型钢的设计强度。同时必须保证（受拉翼缘屈服）同时必须保证（受拉翼缘屈服）ssashhb,rraassaa,ssaa,sfsfaawtyyff,ssssefahx003. 01)(8 . 0（5 5.3.3）sse为型钢弹性模量为型钢弹性模量2)2)如果按如果按4.14.1式计算得的式计算得的 ，属于第一种情况属于第一种情况，即中和轴在型钢，即中和轴在型钢腹板中通过腹板中通过（），），按下列应力图形（图按下列应力图形（图5.75.7）计算。）计算。saxaa/2braas/2bhraassa

12、asyfsxcfssxf aysfsxfs图4.2 中和轴在型钢腹板中通过时的应力图形图图5.7 中和轴在型钢腹板中通过时的应力图形中和轴在型钢腹板中通过时的应力图形 此时应根据力的平衡重新计算受压区高度，一般地此时应根据力的平衡重新计算受压区高度，一般地如果一般地如果一般地 当型钢对称当型钢对称, ,即即wswcwssfscsssysswssfsfstftbftaaafafafaahtfaafx5 . 225. 1ssff ,ssyyaaffwswcwssfscwsssysfsfstftbftaaafhtfaafaafx5 . 225. 1)(（5 5.4.4a a）sfsfaa wswcw

13、ssfscwsssytftbftaaafhtfaafx5 . 225. 1)(（5 5.4.4b b）2222swsssfsswsssfsuaxtfaxafxahtfaxhafm22bxfaxafaxhafcrsyrsy（5 5.5.5）(5(5. .4)4), ,则则, ,则则对中和轴取矩，可得极限弯矩对中和轴取矩，可得极限弯矩umm sax同样同样承载能力计算应有承载能力计算应有 且保证且保证否则，仍按第三种情况即（否则，仍按第三种情况即（5.25.2）式计算）式计算为了保证型钢受拉翼缘屈服，还必须满足（为了保证型钢受拉翼缘屈服，还必须满足（5.35.3）式，在第一种情况中，）式，在第一种

14、情况中，如果如果 ，此条件一般都能满足，不必验算，如果上下翼缘不等，此条件一般都能满足，不必验算，如果上下翼缘不等的配钢，（的配钢，（5.35.3）式不能满足时，应加大受压翼缘）式不能满足时，应加大受压翼缘 的面积。的面积。3)3)如果按（如果按（5.15.1）式求得的）式求得的 ，则，则属于第二种情况属于第二种情况，即中和轴不，即中和轴不通过型钢（通过型钢（），此时按下压力图形（图），此时按下压力图形（图5.85.8）计算）计算 根据力的平衡，可得受压区高度根据力的平衡，可得受压区高度 必须满足必须满足 ，（且必须满足，（且必须满足5.35.3式以保证型钢下翼缘屈服，如式以保证型钢下翼缘屈服

15、，如不满足不满足5.35.3式要求，则应调整配钢）式要求，则应调整配钢）sfsfaasfasax8 . 0csssysssbfafafafx（4 4.6.6）sax8 . 0图图5.8 中和轴不通过型钢的应力图形中和轴不通过型钢的应力图形 h图4.3 中和轴不通过型钢的应力图形/2b/2bxsssarashsasaaarassffysaayfxsfcssssefax003. 018 . 0sssssrsyuhaxhafxahafm5 . 025 .0bxfaxafcrsy 如果尚有如果尚有则能保证型钢全截面屈服，此时极限承载能力按下式计算则能保证型钢全截面屈服，此时极限承载能力按下式计算若若则

16、说明中和轴距上翼缘很近，不考虑上翼缘作用则说明中和轴距上翼缘很近，不考虑上翼缘作用可按情况三计算（可按情况三计算（ 5.2 5.2 ）, ,然后对型钢上翼缘取矩，可得极限承载能力然后对型钢上翼缘取矩，可得极限承载能力（5 5.7.7）（5 5.8.8）ssssssssefahxefa003. 01)(8 . 0003. 018 . 0（5 5.9.9）)2(xabxfaaafscrssy)2(swsfsssrsyuhtahfaahafm（5 5.10.10） 型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构及钢结构设计不同，型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构及钢结构设计不同，往往不是根据内力计算出钢筋面积或型钢面积

17、，然后选择往往不是根据内力计算出钢筋面积或型钢面积，然后选择配筋或型钢的大小，而是梁断面确定后，先配置型钢，然配筋或型钢的大小，而是梁断面确定后，先配置型钢，然后验算其承载能力是否满足。对于配钢的形式与型钢的尺后验算其承载能力是否满足。对于配钢的形式与型钢的尺寸应当尽量优化，在保证安全的前提下，尽量配得构件受寸应当尽量优化，在保证安全的前提下，尽量配得构件受力合理（尤其是型钢）而且经济，这就需要丰富的设计经力合理（尤其是型钢）而且经济，这就需要丰富的设计经验以及工程界人士进一步深入研究。验以及工程界人士进一步深入研究。如果按如果按4.54.5式或式或5.4a5.4a、5.4b5.4b式算得的式

18、算得的 ，而按，而按5.65.6式算得式算得的的x x又有又有 ，则可视为第三种情况，即按，则可视为第三种情况，即按5.15.1和和5.25.2计算计算极限承载力，不论哪种情况均应有极限承载力，不论哪种情况均应有umm sax8 . 0sax8 . 0（5 5.11.11） 3. 3.t t形截面梁的计算形截面梁的计算 t t形截面梁当中和轴在梁的受压翼缘中通过时，可按宽为的矩形截面梁形截面梁当中和轴在梁的受压翼缘中通过时，可按宽为的矩形截面梁进行计算见图进行计算见图(5.9)(5.9)。bfasassasb/2b/2arsahssarahhfxbfsaasarshsarab/2b/2as s

19、sahhfx(a)(b)图4.4图图5.9若为图若为图a a的配钢情况的配钢情况, ,可按下式判定中和轴在梁的受压翼可按下式判定中和轴在梁的受压翼缘中通过缘中通过: : 或或若为图若为图b b判定中和轴在梁的受压翼缘中通过的公式如下判定中和轴在梁的受压翼缘中通过的公式如下 syffcsysssafhbfafaffcsysyssshbfafafafxsyffcsyswsfsafhbfafhtaffcsysyswsfshbfafafhtafx（5 5.13.13）（5 5.13a.13a）（5 5.12.12）（5 5.12.12a a）5.2.3 配角钢骨架的型钢混凝土梁的正截面承载力计算配角钢

20、骨架的型钢混凝土梁的正截面承载力计算1.1.试验分析结论试验分析结论 1 1）由于配的是角钢焊成空间桁架，它对核心混凝土有很好的约束作）由于配的是角钢焊成空间桁架，它对核心混凝土有很好的约束作用。因此对混凝土的强度与构件的延性均有所提高。用。因此对混凝土的强度与构件的延性均有所提高。 2 2）由于腹杆也是由角钢焊成，这些直腹杆与斜腹杆不仅可代替钢箍）由于腹杆也是由角钢焊成，这些直腹杆与斜腹杆不仅可代替钢箍弯起筋抵抗剪力，而且也改善了型钢与混凝土的粘结。所以这一类构件弯起筋抵抗剪力，而且也改善了型钢与混凝土的粘结。所以这一类构件直至破坏前，型钢与混凝土都能保持共同工作，符合平截面假定，粘结直至破

21、坏前，型钢与混凝土都能保持共同工作，符合平截面假定，粘结滑移问题不突出。滑移问题不突出。 3 3）由于配的空间桁架具有较大的刚度，所以构件刚度比钢筋混凝土）由于配的空间桁架具有较大的刚度，所以构件刚度比钢筋混凝土梁有所提高。梁有所提高。 4 4）由于角钢配在构件四周，粘结性能又较好，因此混凝土保护层可）由于角钢配在构件四周，粘结性能又较好，因此混凝土保护层可比配实腹钢构件减少，和普通钢筋混凝土构件相当，而且可以不必再配比配实腹钢构件减少，和普通钢筋混凝土构件相当，而且可以不必再配构造钢筋与钢箍。构造钢筋与钢箍。 5 5）刚度较大的角钢骨架，对裂缝开展起到阻滞作用。）刚度较大的角钢骨架，对裂缝开

22、展起到阻滞作用。 根据以上试验分析，配角钢骨架梁具有下列优越性：根据以上试验分析，配角钢骨架梁具有下列优越性： 1 1）强度、刚度、延性均有提高，因此比钢筋混凝土梁抗震性能得到明）强度、刚度、延性均有提高，因此比钢筋混凝土梁抗震性能得到明显改善；显改善； 2 2）角钢骨架本身具有较大的强度与刚度，可以用作挂模，承受施工荷）角钢骨架本身具有较大的强度与刚度，可以用作挂模，承受施工荷载，节省模板，便于施工；载，节省模板，便于施工； 3 3）由于保护层小，凿去较小的混凝土保护层即可焊接小型附件，省去）由于保护层小，凿去较小的混凝土保护层即可焊接小型附件，省去许多繁琐的预埋件。许多繁琐的预埋件。 因此

23、这种梁适用于高层、地震区、大跨度及小型预埋件多的工业建筑因此这种梁适用于高层、地震区、大跨度及小型预埋件多的工业建筑（水电厂、化工厂等）。（水电厂、化工厂等）。2.2.基本假定基本假定 1 1）在配钢适量的情况下，达到承载能力极限状态时，受拉型钢与受）在配钢适量的情况下，达到承载能力极限状态时，受拉型钢与受压型钢均能屈服；压型钢均能屈服； 2 2）平均应变平截面假定适用；）平均应变平截面假定适用； 3 3）极限状态时混凝土应力图形可以折算为矩形应力图形，其应力值）极限状态时混凝土应力图形可以折算为矩形应力图形，其应力值可取可取 ，混凝土极限压应变取，混凝土极限压应变取0.00330.0033。

24、cf 4 4）极限状态时不考虑混凝土的受拉作用；）极限状态时不考虑混凝土的受拉作用； 5 5）由于型钢骨架对核心混凝土的约束作用，使构件承载能力提高。）由于型钢骨架对核心混凝土的约束作用，使构件承载能力提高。3.3.承载能力计算承载能力计算 正截面承载力计算可以按以下应力图形正截面承载力计算可以按以下应力图形: :bhassssaash0asxfsasssf assfcmbx应力图形(1)aasshbssa0sfsahassssssbxcmfafhfbfxhfmuumh0应力图形(2)图4.5图图5.10 应力图形（应力图形（1）根据应力图形根据应力图形( (1 1),),由力的平衡得：由力的

25、平衡得： 对受压区边缘取矩，根据力矩平衡条件对受压区边缘取矩，根据力矩平衡条件, ,可得极限弯矩可得极限弯矩: :式中，式中， 分别表示受拉型钢和受压型钢形心至受拉区边缘和受压区分别表示受拉型钢和受压型钢形心至受拉区边缘和受压区 边缘的距离；边缘的距离； 为考虑型钢骨架对混凝土的约束承载能力提高系数，与为考虑型钢骨架对混凝土的约束承载能力提高系数，与 腹杆间距腹杆间距 等因素有关，取一平均偏小值等因素有关，取一平均偏小值（5.145.14）式求得的）式求得的x，必须满足：，必须满足：bfafafxcmssssss)2(20 xbfaafhafmcmsssssssu（5.155.15）（5 5.

26、14.14）（5.165.16）ssaa,sahh010. 1, ssssefhx0033.018.00bhassssaash0asxfsasssf assfcmbx应力图形(1)aasshbssa0sfsahassssssbxcmfafhfbfxhfmuumh0应力图形(2)图4.5受压区高度还必须满足受压区高度还必须满足: : t t形截面配角钢骨架的型钢混凝土梁依据受力及配钢不形截面配角钢骨架的型钢混凝土梁依据受力及配钢不同分为两种情况，即中和轴在翼缘通过或在腹板中通过。同分为两种情况，即中和轴在翼缘通过或在腹板中通过。当中和轴在翼缘下缘通过时可作为这两种情况的界限，见当中和轴在翼缘下缘

27、通过时可作为这两种情况的界限，见应力图形应力图形(2),(2),可计算极限弯矩可计算极限弯矩: :ssssefhxa0033.018.020图图5.11 应力图形（应力图形（2）（5 5.17.17）当当 或或 时属于第一种情况；时属于第一种情况；即中和轴在翼缘中通过即中和轴在翼缘中通过,如图如图5.12所示。所示。2021ffcsssssssuhbfaafhafmffcsssssshbfafafxffcsssssshbfafafx2021ffcsssssssuhbfaafhafm（5 5.18.18）（5 5.19.19）（5 5.20.20）（5 5.21.21）bfassssabhasx

28、ashfmuxfcmbxfsasshfh0fsass图4.6 中和轴在翼缘中通过的应力图形bfassssabhasxashfmuxfcmbxfsasshfh0fsass图4.6 中和轴在翼缘中通过的应力图形图图5.12 中和轴中和轴在翼缘中通过在翼缘中通过的应力图形的应力图形此时若此时若可得极限弯矩可得极限弯矩 否则应按照否则应按照 求得极限弯矩求得极限弯矩: : 当当 或或 属于第二种情况，即中和轴在梁腹板中通过属于第二种情况，即中和轴在梁腹板中通过, ,应力图见图应力图见图5.135.13所示。所示。 sax 22021xbfaafhafmfcsssssssu205 . 0 xbfhafm

29、fcsssu0ssafcssssssbfafafx2021ffcmsssssssuhbfaafhafm（5 5.22.22）（5 5.23.23）（5 5.24.24）（5 5.25.25）masshbasssaufbaxsfh0fssashxbxcmfssasfhffcm(bfb)fh图4.7 中和轴在梁腹板中通过的应力图形masshbasssaufbaxsfh0fssashxbxcmfssasfhffcm(bfb)fh图4.7 中和轴在梁腹板中通过的应力图形图图5.13 中和轴中和轴在梁腹板中通在梁腹板中通过的应力图形过的应力图形由上图所示应力图形，根据力的平衡可得由上图所示应力图形，根据

30、力的平衡可得受压区高度受压区高度当当 时时，极限弯矩，极限弯矩 当当 时时fcffcsssssbfhbbfafafxssssefhxa0033. 018 . 0202202121ffcfcsssssssuhbbfxbfaafhafmsax 22202121ffcfcsssuhbbfxbfhafm（5 5.26.26）（5 5.27.27）（5 5.28.28）5.3 型钢混凝土梁斜截面承载能力分析型钢混凝土梁斜截面承载能力分析 5.3.1 试验研究与破坏形态试验研究与破坏形态 型钢混凝土梁的剪切破坏形态一般有三类：型钢混凝土梁的剪切破坏形态一般有三类：1.1.剪切斜压破坏：剪切斜压破坏：一般当

31、剪跨比很小一般当剪跨比很小( )( )时发生；时发生；2.2.剪切粘结破坏：剪切粘结破坏：这是因为型钢混凝土构件中，型钢与混凝土粘结力差这是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，因此当剪跨比较小时，有时会发生剪切粘结破坏，产生是其薄弱环节，因此当剪跨比较小时，有时会发生剪切粘结破坏，产生 剪切粘结破坏裂缝剪切粘结破坏裂缝 。 配置箍筋能增加对混凝土的约束，对防止粘结破坏有利。配置箍筋能增加对混凝土的约束，对防止粘结破坏有利。 对受均布荷载的梁，由于梁上有荷载对受均布荷载的梁，由于梁上有荷载“压迫压迫”作用，所以保护层不易作用，所以保护层不易发生粘结剥落。发生粘结剥落。3.3.

32、弯剪破坏（剪压破坏）：弯剪破坏（剪压破坏）：当剪跨比较大时（当剪跨比较大时（ ）发生剪压破坏，）发生剪压破坏，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。凝土压碎而破坏。5.3.2 影响梁抗剪能力的因素影响梁抗剪能力的因素1.1.剪跨比：剪跨比： 实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用所实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用所5 . 12vhm占比例。占比例。 越大说明以弯矩为主，越大说明以弯矩为主， 越小说明以剪力为主。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

33、，一般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 发生剪切斜压破坏，发生剪切斜压破坏， 发生剪切粘结破坏，发生剪切粘结破坏， 发生弯曲剪切破坏（剪压破坏），发生弯曲剪切破坏（剪压破坏）， 发生弯曲破坏。发生弯曲破坏。 越小（越小（m 影响越小）抗剪强度较高，影响越小）抗剪强度较高， 越大（越大（m 影响越大）抗剪影响越大）抗剪强度越低。强度越低。2.2.加载方式：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对其影响不大；集中荷载作用下，抗剪强度较低，同

34、时剪跨比对其影响明显。明显。3.3.混凝土的强度等级：混凝土的强度等级：混凝土强度影响到斜压杆强度，剪压区强度以及混凝土强度影响到斜压杆强度，剪压区强度以及粘结力等。粘结力等。4.4.含钢率与型钢强度：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。含钢率越高，型钢强度越高，抗剪能力越大。5.5.宽度比：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。抗剪强度与变形能力提高。6.6.型钢翼缘的保护层：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。保护层太小，易发生粘结破坏，产生较大滑移。5

35、 . 10 . 25 . 1 0 . 30 . 2 0 . 3bbf/7.7.含箍率：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，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。因此在配实腹钢的型钢混凝土构件，必须配置必要的钢箍。5.3.3 配实腹式型钢的抗剪承载力计算配实腹式型钢的抗剪承载力计算 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。区的混凝土分割成若干斜压杆。混凝土和型钢腹板

36、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。压破坏可假定为拉拱作用机理。 弯曲剪切破坏的应力见图弯曲剪切破坏的应力见图4.344.34梁的抗剪承载力计算公式梁的抗剪承载力计算公式混凝土抗力混凝土抗力 其中其中 为混凝土的抗力系数。为混凝土的抗力系数。svswcvvvv0bhfvcc（5 5.29.29）（5 5.30.30） 图4.8 弯曲剪切破

37、坏时的应力图形vvsfvvsvcswvc1图图5.14 弯曲剪切破坏时的应力图形弯曲剪切破坏时的应力图形型钢腹板的抗力型钢腹板的抗力 为型钢的抗力系数为型钢的抗力系数 钢箍承担的剪力钢箍承担的剪力: :均布荷载均布荷载 集中荷载集中荷载 在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标的要求，得出：在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标的要求，得出：均布荷载作用下均布荷载作用下的矩形梁，以及的矩形梁，以及t t形梁工字形梁形梁工字形梁注：注：或将式右边第一项或将式右边第一项 改为改为 其中，其中， 为型钢腹板厚度与高度，为型钢腹板厚度与高度， 为型钢抗拉强度设计值，其余符号用同为型钢抗拉强度设计值，

38、其余符号用同混凝土规范混凝土规范。wwsswhtfv58. 002 . 1hfsavyvsvsv08 . 0hfsavyvsvsv002 .158.007.0hsafhtfbhfvsvyvwwsc（5 5.34.34）007. 0bhfc07 . 0bhftsfwwht ,（5 5.31.31）（5 5.32.32）（5 5.33.33） 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。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：在集中荷载作用下的独立矩形梁：注：注：亦可将式右边第

39、一项亦可将式右边第一项 改为改为当当 时，取时，取 ；当当 时，取时，取 。 抗震设计时，均布荷载作用下抗震设计时，均布荷载作用下5 . 15 . 15.25 . 2005 . 13 . 15 . 007. 0hsafhtfbhfvsvyvwwsc（5 5.35.35）05 . 007. 0bhfc05 . 07 . 0bhft)58. 0056. 0(100hsafhtfbhfvsvyvwwscreu（5 5.36.36）集中荷载作用下：集中荷载作用下： 剪切抗力调整系数，剪切抗力调整系数，设计时应有：设计时应有： 且应有：且应有： ，截面限制条件比钢筋混凝土梁略松。，截面限制条件比钢筋混凝

40、土梁略松。5.3.3 配角钢骨架梁的抗剪承载力计算配角钢骨架梁的抗剪承载力计算均布荷载作用下的矩形梁、以及均布荷载作用下的矩形梁、以及t t形梁、工字梁：形梁、工字梁：集中荷载作用下的矩形独立梁：集中荷载作用下的矩形独立梁：当当 时，取时，取 ；当；当 时，取时，取 。)5 . 13 . 15 . 0056. 0(100hsafhtfbhfvsvyvwwscreu（5 5.37.37）reuvv 04 . 0bhfvcwswwiwvswcafahsafbhfvsin5 . 107. 000（5 5.38.38）wswwiwvswcafahsafbhfvsin2 . 15 . 12 . 0005

41、 . 15 . 15.25 . 2（5 5.39.39）uvv 04 . 0bhfvc同样设计时应有：同样设计时应有： 以及应有：以及应有：符号：符号： 受拉角钢重心到混凝土受压边缘的距离；受拉角钢重心到混凝土受压边缘的距离； 竖腹板与斜腹杆的抗拉设计强度；竖腹板与斜腹杆的抗拉设计强度； 同一截面内竖腹杆截面面积总和；同一截面内竖腹杆截面面积总和； 与斜裂缝相交的斜腹杆面积的总和；与斜裂缝相交的斜腹杆面积的总和； 竖腹杆的中心距；竖腹杆的中心距； 斜腹杆与水平轴夹角。斜腹杆与水平轴夹角。同样，在抗震设计时：同样，在抗震设计时：均布荷载均布荷载集中荷载集中荷载swf0hwvawiaswa)sin

42、5 . 116. 0(100wswwiwvswcreufahsafbhfv)sin2 . 156. 0(100wswwiwvswcreufahsafbhfv（5 5.40.40）（5 5.41.41）5.4 5.4 型钢混凝土梁的刚度变形计算型钢混凝土梁的刚度变形计算 型钢混凝土构件是弹塑性构件。随着荷载的变化，构件刚型钢混凝土构件是弹塑性构件。随着荷载的变化，构件刚度变化度变化。uvv 设计时应有：设计时应有： 且应有：且应有：)32. 0(10bhfvcre5.4.1 变形特点及影响因素变形特点及影响因素试验发现试验发现：当型钢混凝土梁达到开裂荷载后，在当型钢混凝土梁达到开裂荷载后，在m-

43、fm-f曲线并没有明显转曲线并没有明显转折点另一个特点是使用阶段刚度降低较小，比较接近于线折点另一个特点是使用阶段刚度降低较小，比较接近于线性关系。性关系。腹板的存在不仅使梁的承载力提高，同时对梁的刚度有明腹板的存在不仅使梁的承载力提高，同时对梁的刚度有明显影响。腹板的存在使型钢混凝土梁刚度明显增加。显影响。腹板的存在使型钢混凝土梁刚度明显增加。5.4.2 刚度计算刚度计算 cssrcsbbbb（5 5.42.42）1 1平均受压区高度的计算平均受压区高度的计算: : 在工程中常用在工程中常用、级钢筋和热轧型钢、低合金钢，可取级钢筋和热轧型钢、低合金钢，可取忽略忽略t t的微小影响则有的微小影

44、响则有式中式中 为截面中钢筋和型钢的重为截面中钢筋和型钢的重心到截面混凝土受压区边缘的距离心到截面混凝土受压区边缘的距离2 2裂缝截面受拉钢筋和型钢下翼缘应力的计算裂缝截面受拉钢筋和型钢下翼缘应力的计算: : 无论中和轴位置如何，均可统一将钢筋与型钢下翼缘的拉应力计算简无论中和轴位置如何，均可统一将钢筋与型钢下翼缘的拉应力计算简化为化为scssceeeee212essssccaaadxbx2srssssrsssssha ahaahaadaaa 0.077 1.6051.5243sssscssfwahmxhhaaha （5 5.43.43）（5 5.44.44）3 3折算刚心区宽度折算刚心区宽度

45、b bc c的计算的计算: : 刚心区折算宽度刚心区折算宽度其中其中 为型钢翼缘的宽度。为型钢翼缘的宽度。 时，取时，取 , ,b b为梁截面的宽度。为梁截面的宽度。4 4型钢混凝土梁的刚度型钢混凝土梁的刚度: : 型钢混凝土梁荷载短期效应作用下的刚度计算型钢混凝土梁荷载短期效应作用下的刚度计算 按图按图4.444.44所示的三部分叠加所示的三部分叠加scsssrchaxhax1.6csbbsbcbbcbbcssrcsbbbb（5 5.45.45）（5 5.46.46）图图5.15 型钢混凝土梁分项刚度计算图型钢混凝土梁分项刚度计算图混凝土部分的刚度按工字形截面计算混凝土部分的刚度按工字形截面

46、计算: :混凝土刚心区按弹性刚度计算混凝土刚心区按弹性刚度计算: : 型钢的刚度由下式计算型钢的刚度由下式计算: : 2061.150.213.5csrcefe a hb 231122scccscsshbeb hb hax202sssssssssshbeiaax（5 5.47.47）（5 5.48.48）（5 5.49.49）5.5 5.5 型钢混凝土梁的裂缝计算型钢混凝土梁的裂缝计算 5.5.1 5.5.1 抗裂度验算抗裂度验算 型钢混凝土梁的抗裂弯矩可表示为型钢混凝土梁的抗裂弯矩可表示为: :5.5.2 5.5.2 裂缝宽度计算裂缝宽度计算 平均裂缝宽度平均裂缝宽度： 型钢混凝土梁的最大裂

47、缝宽度：型钢混凝土梁的最大裂缝宽度：0crmtkmr f w0.481ssscrswle0.473sssssscrswle,max1.263ssscrswle1.2630.5440.3091.7350.45stessssssaacess（5 5.50.50）（5 5.51.51）4.64.6型钢混凝土柱的正截面承载能力型钢混凝土柱的正截面承载能力 处于轴压或偏压状态的柱，达到承载能力极限状态，可能处于轴压或偏压状态的柱，达到承载能力极限状态，可能材料破材料破坏；坏；由于变形不可收敛发生失稳破坏由于变形不可收敛发生失稳破坏。4 4. .6 6. .1 1 轴心受压柱轴心受压柱轴心受压柱的正截面强

48、度轴心受压柱的正截面强度 混凝土净截面面积，即应扣除型钢及钢筋面积；混凝土净截面面积，即应扣除型钢及钢筋面积； 型钢有效净截面面积，即应扣除因孔洞削弱部分；型钢有效净截面面积，即应扣除因孔洞削弱部分； 纵向受压钢筋的截面积；纵向受压钢筋的截面积； 分别为混凝土轴心抗压强度设计值、纵向钢筋抗压强度设分别为混凝土轴心抗压强度设计值、纵向钢筋抗压强度设计值及型钢抗压强度设计值；计值及型钢抗压强度设计值； 为型钢混凝土柱稳定系数，根据为型钢混凝土柱稳定系数，根据 按表按表4.94.9取用。取用。ccyssssnf af af a （5 5.52.52）il /0cassasasycfff,00aii

49、换算截面惯性矩换算截面惯性矩 换算截面面积换算截面面积 为混凝土净截面对换算截面重心为混凝土净截面对换算截面重心 并垂直于弯矩面的轴心惯性矩。并垂直于弯矩面的轴心惯性矩。 为型钢对上述轴的惯性矩；为型钢对上述轴的惯性矩； 为钢筋对上述轴的惯性矩。为钢筋对上述轴的惯性矩。4.6.2 4.6.2 配实腹型钢偏心受压柱试验研究及基本假定：配实腹型钢偏心受压柱试验研究及基本假定：配实腹型钢偏心受压柱有两种破坏形式配实腹型钢偏心受压柱有两种破坏形式: : 1)1) 受压破坏受压破坏( (小偏心受压破坏小偏心受压破坏) )2)2) 拉压破坏拉压破坏( (大偏心受压破坏大偏心受压破坏) )0ici0asss

50、sssciiii0sssssscaaaa0cssssee /cssee /（5 5.53.53）ssisi（5 5.54.54）（5 5.55.55）承载能力计算时可作以下承载能力计算时可作以下假定假定: :1)1)破坏时，梁受压区边缘的混凝土极限压应变为破坏时，梁受压区边缘的混凝土极限压应变为; ;2)2)达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布达到极限状态时，混凝土受压区的应力图形可取矩形分布, ,其折算应力其折算应力 值取值取fc c; ;3)3)达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作达到极限状态时，不考虑混凝土受拉区参加工作; ;4)4)无论哪种破坏形态，极限状态时，受压

51、钢筋与受压型钢均能达到屈服。无论哪种破坏形态，极限状态时，受压钢筋与受压型钢均能达到屈服。受拉破坏时受拉钢筋、受拉型钢均能达到屈服，受压破坏时，远离轴压力受拉破坏时受拉钢筋、受拉型钢均能达到屈服，受压破坏时，远离轴压力一侧的型钢和钢筋可能受拉或受压，但其应力均达不到屈服。一侧的型钢和钢筋可能受拉或受压，但其应力均达不到屈服。5)5)在达到极限状态时，截面符合修正平截面假定。在达到极限状态时，截面符合修正平截面假定。由以上假定由以上假定, , 得出界限破坏时的受压区高度得出界限破坏时的受压区高度: :0.003cu0.810.003sbssshaxfe（5 5.56.56）ne0hasarasa

52、rassaxfcasfyasyffsfsd dx0sacu=0.003yy=fs/essasasbxhass(a)()(bcd图4.9 拉压破坏应力应变图ne0hasarasarassaxfcasfyasyffsfsd dx0sacu=0.003yy=fs/essasasbxhass(a)( )(bcd图4.9 拉压破坏应力应变图5.6.3 配实腹型钢大偏心受压柱的计算配实腹型钢大偏心受压柱的计算 ：大偏心受压极限状态时的应力应变如图大偏心受压极限状态时的应力应变如图5.165.16所示所示: : 图图5.16 拉压破坏应力应变图拉压破坏应力应变图根据平截面假定，由应变图中相似三角形的比例很易

53、求得型钢腹板根据平截面假定，由应变图中相似三角形的比例很易求得型钢腹板未屈服区高度未屈服区高度 型钢为型钢为级钢时，级钢时， 型钢为型钢为级钢时级钢时, ,由应力图形根据力的平衡由应力图形根据力的平衡一般地一般地 则有则有如如 ，则更可简化为，则更可简化为则可得则可得xd417.0 xd646.0（5 5.57.57）1.251.25cysysfsswysssfsswnf bxf af afxad tf af afhaxd t （5 5.58.58）,ssssyyffaaff（5 5.59.59）wssssfsfsctaahxfaafbxfn)5 . 2()(ssaa wssfsfscthxf

54、aafbxfn)5 . 2()(（5 5.60.60）wscwsfsfstfbfhtaafnx5 . 2)(（5 5.61.61）wsssfssyctdaxfafafbxfn)25. 1 (20122cysrysrhnexf bxf axaf ahax 221223ssfsssfssswswf axaf ahaxf h tf d t（5 5.65.65） 为了适应双向水平力（如风、地震作用）作用的情况，柱经常采用对称为了适应双向水平力（如风、地震作用）作用的情况，柱经常采用对称配钢，即配钢，即 ，则上式进一步简化为：，则上式进一步简化为： 为了保证极限状态时型钢受拉翼缘屈服，为了保证极限状态时

55、型钢受拉翼缘屈服，x x应满足：应满足：否则应按受压破坏（小偏心受压）计算否则应按受压破坏（小偏心受压）计算 为了保证为了保证型钢受压翼缘屈服型钢受压翼缘屈服, ,x x尚尚应满足：应满足： 型钢为型钢为级钢时，级钢时， 型钢为型钢为级钢时，级钢时，对中和轴取矩可得：对中和轴取矩可得： 1.2sxa1.66sxasfsfaawscwstfbfhtfnx5 . 2（5 5.62.62）ssssbefahxx003. 0/1)(8 . 0确为大偏心确为大偏心 （5 5.63.63）（5 5.64.64）若若 即对称配钢即对称配钢则有：则有：由上式便可解得，柱所能承担的弯矩由上式便可解得，柱所能承担

56、的弯矩 。设计时应有：。设计时应有：其中其中 为型钢截面高度，为型钢截面高度， 为偏心距增大系数为偏心距增大系数 考虑偏心率影响的系数考虑偏心率影响的系数 考虑长细比影响的系数考虑长细比影响的系数 可不考虑长细比影响，即取可不考虑长细比影响，即取 大偏心受压可不考虑偏心率影响，即取大偏心受压可不考虑偏心率影响，即取,sssfsfyyssffaaffaa)3221()(21)2(2220dhthafaahafbxfxhenswssfsrrsyc（5 5.66.66）0 en)3261()(21)2(2220dhthafaahafbxfxhnenswssfsrrsyc（5 5.67.67）sh21

57、200)(140011kkhlhe（5 5.68.68）1k2k15/0hl1301hek101. 015. 102hlk0 . 12k0 . 11k如果如果4.1034.103式不能满足，则说明受压翼缘在极限状态时不屈服，应按式不能满足，则说明受压翼缘在极限状态时不屈服，应按不考虑受压翼缘计算，此时应力图形如图不考虑受压翼缘计算，此时应力图形如图5.175.17图图5.17 时的应力图形时的应力图形 )66. 1 (2 . 1ssaax cysssfs wysnf bxf afah tf a （5 5.69.69）20122cysrysrhnexf bxf a x af a h ax 2ss

58、sfsss wshf ah axf hth ax（5 5.71.71）bfafthafafnxcsywssfssy)(（5 5.70.70）对中和轴取矩可得：对中和轴取矩可得：如果不仅有如果不仅有 （i i级钢）或级钢）或 （ 级钢），级钢），更有更有 ，则受压钢筋亦不屈服，此时，令则受压钢筋亦不屈服，此时，令 66. 1sa2 . 1sax 2rax 0 sasywssfscafthafbxfn)(（5 5.72.72）bfafthafnxcsywssfs)(（5 5.73.73）)2/()(xhahthfxahafsswssssfs)(21)2(20 xahafbxfxhenrsyc（5

59、5.74.74）可求得极限弯矩可求得极限弯矩 0 en4.6.4 4.6.4 配实腹型钢小偏心受压柱的计算配实腹型钢小偏心受压柱的计算当按当按4.1014.101式或式或4.1024.102式计算的式计算的x x值有值有则属受压破坏（小偏心）。其应力应变图形如图则属受压破坏（小偏心）。其应力应变图形如图4.554.55所示所示腹板未屈服区高度腹板未屈服区高度d d 仍有：型钢为仍有：型钢为级钢时，级钢时， 型钢为型钢为级钢时级钢时, , 0.810.003sbssshaxxfexd417. 0 xd646. 0（5 5.75.75）hsaarassa0esaarnfaxsfsacys sabs

60、acu=0.003saxhssfsx0h arfsd图4.10 小偏心受压应力应变图hsaarassa0esaarnfaxsfsacys sabsacu=0.003saxhssfsx0h arfsd图4.10 小偏心受压应力应变图图图5.18 小偏心受压应力应变图小偏心受压应力应变图 型钢受拉（或受压较小侧）翼缘及受拉钢筋不屈服，其应力可根据型钢受拉（或受压较小侧）翼缘及受拉钢筋不屈服，其应力可根据平截面假定计算：平截面假定计算： 型钢未屈服翼缘应力：型钢未屈服翼缘应力：未屈服受拉钢筋应力未屈服受拉钢筋应力: :上述应力正值为拉，负值为压。上述应力正值为拉，负值为压。由图由图4 4. .555