钢与溷凝土组合梁ppt课件

1、11.1 组合梁的应用和发展 组合梁的应用开始于本世纪20世纪20年代 ，我国从50年代开始开展组合梁的研究和应用。最初主要用于桥梁结构，自80年代以来，由于在多层及高层建筑中更多地采用了钢结构，使得组合梁在建筑结构领域也得到了长足的发展。 在设计方法方面，大约在60年代以前，组合梁基本上按弹性理论设计，60年代开始逐步转变为按塑性理论设计。 组合梁是钢梁和所支承的钢筋混凝土板通过抗剪连接件组合成一个整体而共同工作的梁。组合梁能更好地发挥钢和混凝土各自的材质特点，即充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能。与单独工作的钢梁相比，组合梁的稳定性和抗扭性能均有提高，防锈和耐火性能也有所增强，可以节

2、省钢2040，从而取得较大的经济效益。 组合梁的整体刚度比钢梁单独工作时要大得多，挠度可减小1/31/2。如果保持挠度大小不变，则钢梁高度可减低152 0，使建筑高度降低。（1钢筋混凝土翼板钢筋混凝土翼板组合梁的受压翼缘；组合梁的受压翼缘；（2抗剪连接件抗剪连接件混凝土翼板与钢梁共同工作混凝土翼板与钢梁共同工作的基础，主要用来承受翼板与钢梁接触面之间的纵的基础，主要用来承受翼板与钢梁接触面之间的纵向剪力；同时可承受翼板与钢梁之间的掀起力。向剪力；同时可承受翼板与钢梁之间的掀起力。（3钢梁钢梁在组合梁中主要承受拉力和剪力，在组合梁中主要承受拉力和剪力，钢梁的上翼缘用作混凝土翼板的支座并用来固定抗

3、钢梁的上翼缘用作混凝土翼板的支座并用来固定抗剪连接件，在组合梁受弯时，抵抗弯曲应力的作用剪连接件，在组合梁受弯时，抵抗弯曲应力的作用远不及下翼缘，故钢梁宜设计成上翼缘截面小于下远不及下翼缘，故钢梁宜设计成上翼缘截面小于下翼缘截面的不对称截面。翼缘截面的不对称截面。 组合梁的工作原理 3. 混凝土翼板的计算宽度混凝土翼板的计算宽度 计算组合梁时，将其截面视为计算组合梁时，将其截面视为T形截面，上部受形截面，上部受压翼缘为混凝土板的一部份甚至全部。由于剪力滞压翼缘为混凝土板的一部份甚至全部。由于剪力滞后的影响，混凝土翼板内的压应力分布沿宽度方向后的影响，混凝土翼板内的压应力分布沿宽度方向是不均匀的

4、，所谓计算宽度即有效宽度实质上是不均匀的，所谓计算宽度即有效宽度实质上是指以应力均匀分布为前提的当量宽度。是指以应力均匀分布为前提的当量宽度。 规范取用的组合梁混凝土翼板有效宽度，系按规范取用的组合梁混凝土翼板有效宽度，系按现行国家标准现行国家标准GB50010的规的规定采用的。定采用的。 混凝土翼板的有效宽度混凝土翼板的有效宽度 取下式中的最小值：取下式中的最小值： 式中式中 bc1、bc2相邻钢梁间净距相邻钢梁间净距s0的的1/2。 3/0lbceccehbb120210cccebbbb 公式中最重要的是公式中最重要的是bc2值有些情况值有些情况bc1值与值与bc2值相等），世界各国或地区

5、的规范，对值相等），世界各国或地区的规范，对bc2值的规定颇值的规定颇不一致，组合梁翼板的计算宽度与梁格尺寸、梁的位不一致，组合梁翼板的计算宽度与梁格尺寸、梁的位置在楼盖外侧或中部）、荷载方式均布或集中荷置在楼盖外侧或中部）、荷载方式均布或集中荷载）、简支单跨或连续等因素有关，只不过有些国家载）、简支单跨或连续等因素有关，只不过有些国家的规范忽略了某些因素，而其他规范又忽略另外一些的规范忽略了某些因素，而其他规范又忽略另外一些因素而已。严格说来。楼盖边部无翼板时，其内侧的因素而已。严格说来。楼盖边部无翼板时，其内侧的bc2应小于中部两侧有翼板应小于中部两侧有翼板bc2的；集中荷载作用时的的；集

6、中荷载作用时的bc2值应小于均布荷载作用的情况；连续梁的值应小于均布荷载作用的情况；连续梁的bc2值应值应小于简支梁的该值。小于简支梁的该值。 1. 组合梁截面的基本假定组合梁截面的基本假定（1组合梁截面变形符合平面假定；组合梁截面变形符合平面假定；（2钢梁与混凝土翼板之间的相互连接可靠，虽钢梁与混凝土翼板之间的相互连接可靠，虽然有微小的相对位移，但可忽略不计；然有微小的相对位移，但可忽略不计；（3钢材与混凝土均为理想的弹塑性体。钢材与混凝土均为理想的弹塑性体。（4忽略钢筋混凝土翼板受压区中钢筋的作用；忽略钢筋混凝土翼板受压区中钢筋的作用；（5假定剪力全部由钢梁承受，同时不考虑剪力假定剪力全部

7、由钢梁承受，同时不考虑剪力对组合梁抗弯承载力的影响。对组合梁抗弯承载力的影响。 2. 组合梁的截面设计组合梁的截面设计 组合梁的截面高度一般为跨度的组合梁的截面高度一般为跨度的1/151/16，为，为使钢梁的抗剪强度与组合梁的抗弯强度相协调，钢使钢梁的抗剪强度与组合梁的抗弯强度相协调，钢梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度h的的1/2.5。 组合梁的截面计算有弹性分析法和塑性分析法两组合梁的截面计算有弹性分析法和塑性分析法两种，在种，在20世纪世纪50年代及以前，组合梁的抗弯强度主年代及以前，组合梁的抗弯强度主要按弹性理论计算。假定钢梁和混凝土均为弹性体，要按弹

8、性理论计算。假定钢梁和混凝土均为弹性体，变形后截面保持平面，混凝土不能受拉，不考虑板变形后截面保持平面，混凝土不能受拉，不考虑板托截面。计算时，将受压区混凝土截面除以托截面。计算时，将受压区混凝土截面除以n0，换，换算成钢截面。算成钢截面。 弹性设计法假定钢和混凝土都是理想弹塑性体，弹性设计法假定钢和混凝土都是理想弹塑性体，因而截面始终保持平面，不能全面反映组合梁的实因而截面始终保持平面，不能全面反映组合梁的实际工作。试验研究发现，弹性理论对弯曲刚度和截际工作。试验研究发现，弹性理论对弯曲刚度和截面开始屈服前的曲率能给出较准确的预测，但由于面开始屈服前的曲率能给出较准确的预测，但由于收缩、徐变

9、和温度作用等的影响，截面开始屈服时收缩、徐变和温度作用等的影响，截面开始屈服时的弯矩的弯矩My却过高地估计了却过高地估计了13左右。组合梁开始屈左右。组合梁开始屈服后的承载潜力较大，最后破坏的极限弯矩服后的承载潜力较大，最后破坏的极限弯矩Mu比比My大得多，若以极限弯矩为准，就显得弹性设计太保大得多，若以极限弯矩为准，就显得弹性设计太保守。所以从守。所以从60年代开始，各国对承受静态荷载和间年代开始，各国对承受静态荷载和间接承受动态荷载的一般结构，均逐渐转为按简单塑接承受动态荷载的一般结构，均逐渐转为按简单塑性理论进行计算。性理论进行计算。组合梁的计算分两阶段组合梁的计算分两阶段施工阶段和使用

10、阶段。施工阶段和使用阶段。（1施工阶段：钢梁承受混凝土和钢梁的自重以施工阶段：钢梁承受混凝土和钢梁的自重以及施工活荷载，钢梁应计算强度、稳定性和刚度。及施工活荷载，钢梁应计算强度、稳定性和刚度。（2使用阶段：钢梁上的混凝土翼板已终凝形成使用阶段：钢梁上的混凝土翼板已终凝形成组合梁承受在使用期间的荷载。应按钢与混凝土组合组合梁承受在使用期间的荷载。应按钢与混凝土组合梁进行截面的强度、刚度及裂缝宽度计算。梁进行截面的强度、刚度及裂缝宽度计算。 组合梁在正弯矩作用下的抗弯强度计算组合梁在正弯矩作用下的抗弯强度计算 正弯矩作用下，组合梁的塑性中和轴可能位于钢正弯矩作用下，组合梁的塑性中和轴可能位于钢筋

11、混凝土翼板内，也可能位于钢梁截面内，计算时分筋混凝土翼板内，也可能位于钢梁截面内，计算时分两种情况考虑。两种情况考虑。（1当塑性中和轴位于混凝土受压翼板内，即当塑性中和轴位于混凝土受压翼板内，即Afbcehcfc时：时： yxfbMcceccefbAfx （2当塑性中和轴位于钢梁截面内即当塑性中和轴位于钢梁截面内即Af bcehcfc时时:1yfAyfhbMcccce)(5 . 0ffhbAAcccec 组合梁在负弯矩作用下的抗弯强度计算组合梁在负弯矩作用下的抗弯强度计算 对连续组合梁，在负弯矩作用下极限状态的一对连续组合梁，在负弯矩作用下极限状态的一般特征为：负弯矩区混凝土翼板受拉开裂后退出

12、工般特征为：负弯矩区混凝土翼板受拉开裂后退出工作，同时混凝土板中的纵向受拉钢筋达到或超过屈作，同时混凝土板中的纵向受拉钢筋达到或超过屈服应变，钢梁的拉区和压区大部分也达到或超过屈服应变，钢梁的拉区和压区大部分也达到或超过屈服应变，其受力状态类似钢筋混凝土梁。我国规范服应变，其受力状态类似钢筋混凝土梁。我国规范规定可以采用塑性理论计算抗弯承载力，并在计算规定可以采用塑性理论计算抗弯承载力，并在计算中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接，能保证钢筋中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接，能保证钢筋应力的充分发挥，忽略混凝土抗拉强度的贡献。应力的充分发挥，忽略混凝土抗拉强度的贡献。)2(43yyfAMMstst

13、s 在负弯矩作用下，组合梁的混凝土翼板还应进在负弯矩作用下，组合梁的混凝土翼板还应进行最大裂缝宽度计算。因为连续组合梁负弯矩区混行最大裂缝宽度计算。因为连续组合梁负弯矩区混凝土翼板的工作状态很接近于钢筋混凝土轴心受拉凝土翼板的工作状态很接近于钢筋混凝土轴心受拉构件，故最大裂缝宽度的计算可参照构件，故最大裂缝宽度的计算可参照进展。进展。 在验算混凝土裂缝时，可仅按荷载的标准组合在验算混凝土裂缝时，可仅按荷载的标准组合进行计算，因为在荷载标准组合下计算裂缝的公式进行计算，因为在荷载标准组合下计算裂缝的公式中已考虑了荷载长期作用的影响。中已考虑了荷载长期作用的影响。 连续组合梁由于混凝土开裂的影响，

14、正负弯矩连续组合梁由于混凝土开裂的影响，正负弯矩区抗弯刚度有较大差异，相对于大部分单一材料的区抗弯刚度有较大差异，相对于大部分单一材料的梁或钢筋混凝土连续梁，其弯矩重分布的程度较高，梁或钢筋混凝土连续梁，其弯矩重分布的程度较高，且在正常使用极限状态弯矩重分布就有很大发展。且在正常使用极限状态弯矩重分布就有很大发展。因而，计算混凝土翼板中纵向钢筋时，应当考虑弯因而，计算混凝土翼板中纵向钢筋时，应当考虑弯矩重分布的影响。矩重分布的影响。 由荷载效应标准组合计算的负弯矩区钢筋应力由荷载效应标准组合计算的负弯矩区钢筋应力可以按下式计算：可以按下式计算：IyMrkr由纵向钢筋与钢梁形成的钢截面的惯性矩由

15、纵向钢筋与钢梁形成的钢截面的惯性矩 Mk由荷载效应标准组合计算的截面负弯矩：由荷载效应标准组合计算的截面负弯矩： Mse由荷载效应标准组合按弹性方法计算得到由荷载效应标准组合按弹性方法计算得到的连续组合梁支座负弯矩值按等截面计算）：的连续组合梁支座负弯矩值按等截面计算）： a连续组合梁支座负弯矩调幅系数：连续组合梁支座负弯矩调幅系数： r钢筋截面重心至钢筋和钢梁形成的组合截钢筋截面重心至钢筋和钢梁形成的组合截面塑性中和轴的距离。面塑性中和轴的距离。)1 (asekMM8 . 02)()11 (13. 0MMscfa钢筋与钢梁的力比，钢筋与钢梁的力比， f =Astfst/AfCVsfNVn/C

16、VN)(cecvrfbNnx cvNrn)2()(fNnAfAcvrc 部分抗剪连接时组合梁截面抗弯承载力为：部分抗剪连接时组合梁截面抗弯承载力为： y1 钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区形心的距离；区形心的距离； y2 钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区形心钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区形心的距离。的距离。 部分抗剪连接组合梁在负弯矩作用区段的抗弯部分抗剪连接组合梁在负弯矩作用区段的抗弯强度，按强度，按 nr 和和 Astfst 两者中的较小值计算。计两者中的较小值计算。计算略偏保守，以补偿混凝土的抗拉作用、钢筋的强算略偏保守，以补偿混凝土的抗拉作用、钢筋的

17、强化作用以及构造钢筋的作用。化作用以及构造钢筋的作用。21,)( 5 . 0yNnAfyNnMcvrcvrrucvN 塑性中和轴在钢梁内时，腹板小部分为受压区，大部分为受拉区，整个腹板属偏心受拉的工作状态。如果偏安全地参照塑性设计时偏心受压的控制式，得腹板总的计算高度h0与其厚度tw之比的控制式为： 也可以将塑性中和轴以上的受压区视为轴心受压构件的腹板，取： 式中h1为腹板受压区的高度。ywfth235720ywfth235351 由于连续梁内力重分配时负弯矩区需具有一由于连续梁内力重分配时负弯矩区需具有一定的转动能力，同时还需控制裂缝宽度，一般要定的转动能力，同时还需控制裂缝宽度，一般要求对纵向钢筋的配筋数量加以限制，即多数情况