《钢与混凝土组合结构》第二章 钢与混凝土的连接与组合

1、 第二章 钢与混凝土的连接与组合 2.1 概述 前已述所谓组合构件、组合结构，是两种或两种以上的材料组合在一起，共同工作的构件或结构。组合构件的关键是“组合”，必须是组合在一起共同工作的构件才是组合构件。 举一简单例子。若两个梁无结合叠合在一起，受力及变形情况如图2.1，根据材料力公式可得：最大正应力：最大剪应力：最大挠度：图2.1 非组合梁如果上下两梁完全组合在一起，按下图受力及变形图2.2 组合梁按材料力学公式求得：梁上下纤维的最大正应力（跨中）梁的支座处最大剪应力最大挠度（跨中）完全组合的梁与两者简单叠合（未组合）的梁相比：正应力：由 减小一半剪应力：由 两者相等， 不过并非h/2处而是

2、两梁交界面处。挠度：由 减为1/4，大大减小。这是因为组合以后的惯性矩由原来的增大为： 增大了4倍。另外，“组合”还有另一种意义。如下图2.3 所示两个刚度不同的梁简单叠合后受力，则由于刚度差。（例如 比 大得多。因为是两种不同材料与不同截面高度的梁的叠合）图2.3 组合梁中的“掀起力”若 ，则上梁AB的挠度比下梁CD少得多，使上下梁就产生分离，似乎有一种“掀起力”。因此要达到完全组合，界面上发生共同变形不仅要克服界面上的纵向剪力，彼此纵向滑移，而且要克服掀起力，阻止两者上下分离。 2.2 连接方式 组合构件中混凝土与钢连接应视构件的形式与受力性能采取不同的方式。 对于不同的组合构件，对组合作

3、用有不同要求。因而有不同形式。本章主要是讲用于组合梁中的剪切连接件。 钢混凝土组合板主要是靠压型钢板压制成凸凹的纵肋与槽口，槽纹起到混凝土与压型钢板的连接作用。压型钢板压成纵肋，不仅增强粘结作用，又大大提高了钢板的刚度，使其可以作为模板而不加支撑（或只设少量支撑）图2.4 槽口槽纹的不同形式各种槽口槽纹的压型钢板型式见P35图3.1.1, P36图3.2.1组合梁上的剪力件分两类：1.柔性剪力件一般为带头栓钉，如图2.5.2.刚性剪力件柔性剪力件，虽然能抵抗纵向剪力及掀起力，但是由于其刚度较小，在纵向剪力作用下，由于栓钉杆的变形，引起被连接两部件在界面上的滑移。对于一些需要严格控制滑移的构件，

4、可采用刚性连接件。刚性连接件由方钢、丁字钢、槽钢或马蹄形钢来制作。为了有效抵抗掀起力，一般在其上焊接“U”形钢筋或带钩斜筋。如图2.6所示。图2.5 带头栓钉图 剪切连接件2.62.3 剪切连接件的实验研究 连接件的强度与荷载-滑移关系和组合构件的设计密切相关。连接件的强度与荷载滑移曲线一般可用推出实验直接测得。标准试件的尺寸与型钢截面的要求见图2.7。图2.7 推出试验的试件形式尺寸 剪力件的极限强度与混凝土强度、栓钉直径、栓钉材料的强度等因素有关。 栓钉的直径而且影响到组合结构的破坏形态，直径大的栓钉，达到最大破坏荷载时可能是由于栓钉周围混凝土的破坏；而直径小的栓钉，一般是由于栓钉的剪切破

5、坏。两种破坏形态的界限大致为直径16mm19mm，并与混凝土强度有关。 确定连接件强度的一种方法是至少做相同的10个试件，测得它们的极限荷载，然后取概率曲线上的0.05分位值作为连接件的极限荷载Pu。剪力件的设计承载能力按下式计算： (2.1)式中， 为连接件材料的设计强度； 为连接件材料的实际屈服应力； 为连接件的剪切极限荷载； 为连接件的抗剪设计承载能力。 表2.1给出了几种规格的栓钉，在不同混凝土强度等级下的静力强度试验结果。 表2.1 带头栓钉静力强度实验结果带头栓钉 混凝土立方强度直径（mm）长度（mm）2030405025100139154168183191009010010911

6、91365424752572.4 剪切连接件的承载能力计算 根据试验结果，并考虑满足可靠指标的要求，一个带头栓钉仅受纵 向剪力的剪切承载能力可按下式计算 当 时， （2.2） 当 时， （2.3） 当 在3.04.2之间，可用线性插入法确定。 h栓钉全长； d栓钉杆直径； 栓钉杆截面积； 混凝土轴心抗压强度； 混凝土弹性模量； 栓钉材料抗拉设计强度. 表2.2给出了相应于常用混凝土强度等级、多种规格栓钉的抗剪承载力1.一无头栓钉剪力连接件的承载力如果栓钉的抗拔力得到可靠保证,亦可用无头栓钉,其承载力可按上述(2.2)、(2.3)式计算,并参考表2.2。57.2130.1109.682.5380

7、.12042.797.081.861.6283.51930.368.858.043.7201.11620.045.438.328.8132.71311.826.922.61778.5107.617.214.510.950.380.7C40C30C20栓钉承载力(kN)栓钉承载力(kN)0.43 /截面面积(mm)直径(mm)表2.2 一个带头栓钉的抗剪承载力2.承受拉力作用的带头栓钉连接件 应验算抗拉锚固能力 （2.4） 为栓钉连接件的抗拉设计强度；C为系数,普通混凝土取3.0,轻混凝土取2.5; Csp为与连接件间距有关的折减系数 （2.5） 为连接件间距。当纵向与横向间距均小于2h时，应进

8、一步折减，并由试验确定。如带头栓钉同时受拉、剪复合作用，应考虑其不利组合。按下式验算： （2.6）P为栓钉承受的实际剪力； 为存在拉力情况下栓钉的剪切设计强度；T为栓钉承受的实际拉力； 为存在剪力作用下的栓钉抗拉设计强度。如果考虑栓钉受拉后，栓钉所能承受的剪力P减小不超过10%，则可以忽略拉力的影响。3.带头栓钉在交变荷载作用下的承载力 （2.7） 为在一定剪应力变化幅值范围内循环次数； 为对应该剪力变化幅度，连接件的允许次数。4.用于连接压型钢板的带头栓钉 压型钢板肋与支承梁平行时，仍可按(2.2)、(2.3)计算，但当压型钢板肋宽与肋高之比小于1.5时，其剪切设计强度乘以计算折减系数。 （

9、2.8 （2.8）图2.8 压型钢板与梁连接当压型钢板的肋垂直于支撑梁，其设计剪切强度按(2.2)、(2.3)计算，并乘以折减系数 （2.9） 支承梁截面上，一个板肋的栓钉数。 时，取3。即两列时，系数为0.60，一列时为0.85，3列时为0.49。 如果剪力件既对梁又对板提供组合作用时，则剪力件上引起的剪力应按下式计算： （2.10） P剪力件上引起的总剪力； 由于梁的组合作用引起的纵向剪力； 由于板的组合作用引起的横向剪力。5.块式剪切连接件 即刚性剪力件。块式剪力件承载力可以根据局部受压强度进行计算 （2.11） 受力方向的承压面积； 周围混凝土的局部受压强度。局部受压计算面积，以相邻剪

10、力件背面1：5斜率扩大了的面积。（2.12）图2.9 局部受压计算面积图2.10 块式连接件的计算 块式连接件与钢梁焊缝应根据作用于连接件重心的剪力 Pv 所产生的剪力与弯矩进行设计。作用在焊缝上的剪力 弯矩（2.14）（2.13）6.承受剪力的斜筋连接件（2.15) 为斜筋的截面面积7.斜筋与环筋锚固连接件 （2.16） （2.17）8.带有斜筋与环筋的块式连接件带有斜筋的块式连接件，其组合强度: （2.18）带有环筋的块式连接件: （2.19）9.槽钢连接件槽钢连接可按(1.20)计算，对于常用槽钢及混凝土强度，其设计承载力列于表2.3。 （2.20） 表2.3 一个槽钢连接件的设计承载能

11、力槽钢型号一个槽钢连接件的设计承载能力(kN)C20C30C406.313017320581381832171014619423112,12.61542052432.5 剪切连接件的构造要求1.连接件的混凝土保护层不小于20mm。带头栓钉连接件栓钉头的下面或抗拔环筋的内面与板中下部筋的上表面至少应有30mm的净距。见图2.11。主要是为了防止腐蚀，及有效抵抗“掀起力”。 2.有板托的组合梁，连接件应满足：侧面保护层不小于40mm;混凝土板托的外边缘应当在自连接件根部所引的与翼缘成45的斜线以外。见图2.12。图2.11 栓钉与环筋的设置3.纵向间距不大于600mm，且不大于板厚的4倍。连接件与翼缘边缘之间