傅昶彬课件系列-组合结构第四章钢混凝土组合梁3

四川大学学建环学学院2015.9傅昶彬课课件系列列—组合结构构第四章钢钢-混凝土组组合梁（3）主要内容容◆抗剪连接接件设计计◆混凝土翼翼板的设设计及构构造要求求◆组合梁正正常使用用阶段验验算4.8抗剪连接接件设计计4.8.1抗剪连接接件的受受力性能能◆刚性连接接件◆柔性连接接件◆完全抗剪剪连接◆部分抗剪剪连接连接件的的变形典型剪力力-滑移曲线线栓钉破坏坏后的变变形状况况界面处受受栓钉挤挤压混凝凝土的断断痕4.8.2抗剪连接接件的主主要类型型和特点点抗剪连接接件形式式刚性连接接件柔性连接接件4.8.3栓钉的材材性要求求及试验验方法栓钉与焊焊接瓷环环栓钉焊接部部位的材质质要求栓钉焊接施施工栓钉规格4.8.3栓钉的材性性要求及试试验方法方式一：梁式试验◆试验目的确定单颗栓栓钉的抗剪剪承载力。。◆试验方式梁式试验和和推出试验验。梁式试验参参考论文蔡楠等组合梁连接接件（栓钉钉）剪切滑滑移的试验验研究4.8.3栓钉的材性性要求及试试验方法方式二：欧洲规范4的标准推出出试件正视侧视俯视主要有连接接件弯剪破破坏和连接接件附近混混凝土受压压劈裂破坏坏两种形式式。4.8.3栓钉的材性性要求及试试验方法◆试验结论推出试验比比梁式试验验所得栓钉钉抗剪承载载力低，但但偏低不多多，用推出出试验承载载力设计偏偏于安全。。推出试验中中栓钉的受受力状态与与正弯矩作作用下组合合梁中的受受力状态较较为一致，，但在负弯弯矩作用下下，组合梁梁中混凝土土翼板受拉拉，抗剪连连接件的刚刚度和极限限承载力比比推出试验验得到的结结果低。因因此，需要要对负弯矩矩区栓钉的的抗剪承载载力进行折折减（据《钢规》，中间支座座乘0.9、悬臂乘0.8折减系数））。讨论：为何推出试试验比梁式式试验所得得栓钉抗剪剪承载力低低？4.8.4抗剪连接件件的构造要要求◆连接件一般般要求P77,P78◆栓钉连接件件的要求◆槽钢连接件件和弯筋连连接件的构构造要求栓钉构造一一般要求td≤1.5t≥30≥15≥100≥20hc≥4d@min（400,4hc）板纵筋4.8.5抗剪连接件件的承载力力计算依据推出试试验，主要要考虑两种种破坏形式式。1971年Fisher给出的单颗颗栓钉抗剪剪承载力计计算公式：栓钉截面混凝土抗压压强度混凝土弹性性模量平均均值栓钉极限抗抗拉强度◆实心混凝土土翼板1.栓钉连接件件4.8.5抗剪连接件件的承载力力计算我国《钢规》基于统计回回归分析，，得出当栓栓钉长径比比≥4时的单颗栓栓钉抗剪承承载力计算算公式：强屈比，4.6级栓钉1.67◆实心混凝土土翼板1.栓钉连接件件4.8.5抗剪剪连连接接件件的的承承载载力力计计算算◆压型型钢钢板板混混凝凝土土组组合合板板栓钉钉破破坏坏模模式式实心心混混凝凝土土板板压型型钢钢板板混混凝凝土土组组合合板板破坏坏模模式式有有别别，，连连接接件件抗抗剪剪承承载载力力更更低低，，依依其其板板肋肋与与钢钢梁梁的的关关系系，，应应乘乘以以不不同同的的折折减减系系数数βv。1.栓钉钉连连接接件件4.8.5抗剪剪连连接接件件的的承承载载力力计计算算2.槽钢钢连连接接件件在不不具具备备栓栓钉钉焊焊接接设设备备条条件件下下采采用用。。槽钢钢翼翼缘缘平平均均厚厚槽钢钢腹腹板板厚厚槽钢钢长长度度3.弯筋筋连连接接件件通过过与与混混凝凝土土的的锚锚固固来来抵抵抗抗纵纵向向剪剪力力，，其其弯弯起起角角取取35°°～55°，当当满满足足锚锚固固长长度度时时。。4.8.6抗剪剪连连接接件件布布置置方方式式不等等距距布布置置按弹弹性性方方法法设设计计，，要要求求任任意意截截面面的的连连接接件件受受力力低低于于其其承承载载力力设设计计值值，，按按理理应应在在纵纵向向剪剪力力较较大大的的支支座座或或集集中中力力作作用用处处布布置置较较多多的的连连接接件件，，而而其其余余位位置置则则可可减减少少连连接接件件的的数数量量，，当当活活荷荷载载水水平平较较高高且且位位置置变变化化较较明明显显时时，，连连接接件件需需要要根根据据剪剪力力包包络络图图进进行行布布置置，，这这不不仅仅设设计计较较为为复复杂杂，，给给栓栓钉钉施施工工也也带带来来很很大大困困难难。。连续续组组合合梁梁剪剪跨跨段段划划分分有等等距距布布置置和和不不等等距距布布置置两两种种选选择择。。等距布置实际工程多采采用柔性连接接件的组合梁梁，在承载力力极限状态时时，混凝土板板与钢梁间将将发生较充分分的剪力重分分布，使得各各个连接件的的受力趋于均均匀，因此也也可以采用塑塑性方法布置置连接件，即即等间距布置置抗剪连接件件，这给设计计施工均带来来很大方便。。4.8.6抗剪连接件布布置方式4.8.6抗剪连接件布布置方式1.按弹性理论计计算◆换算截面法◆短期效应与长长期效应钢梁与混凝土土翼板交界面面单位长度剪剪力设计值：：短期换算惯性性矩长期换算惯性性矩短期换算截面面交界面以上上面积矩长期换算截面面交界面以上上面积矩4.8.6抗剪连接件布布置方式1.按弹性理论计计算按所划分的剪剪跨段计算确确定抗剪连接接件数量m1剪跨总剪力m1剪跨连接件数数量4.8.6抗剪连接件布布置方式1.按塑性理论计计算连续组合梁剪剪跨段划分采用栓钉等柔柔性抗剪连接接件，在极限限状态下各剪剪跨段内的抗抗剪连接件的的受力几乎相相等。正弯矩区段剪剪跨纵向剪力设计计值负弯矩区段剪剪跨纵向剪力设计计值各剪跨段内抗抗剪连接件数数量4.8.6抗剪连接件布布置方式1.按塑性理论计计算有较大集中力力作用时抗剪剪连接件布置置【例题4-4】试按弹性和塑塑性方法分别别设计例题4-1中组合梁的抗抗剪连接件数数量，抗剪连连接件采用Q235钢φ16×70栓钉。解：①弹性方法②塑性方法4.6级栓钉作业P98习题1③分别按弹性方方法和塑性方方法计算确定定栓钉数量。。4.8.7部分抗剪连接接组合梁承载载力计算压型钢板组合合梁可能由于于尺寸受限无无法按完全抗抗剪连接设计计。此外，在在满足承载力力和变形条件件下，组合梁梁的承载力并并未充分发挥挥时，也可按按部分抗剪连连接组合梁设设计。抗剪连接程度度系数部分连接件数数量完全连接件数数量4.8.7部分抗剪连接接组合梁承载载力计算Mu与r的关系曲线Mu/MufMs/Muf当r<0.5时，可能发生生抗剪连接件件剪断的脆性性破坏，故要要求设计部分分抗剪连接组组合梁必须满满足r≥0.5。4.8.7部分抗剪连接接组合梁承载载力计算部分抗剪连接接组合梁的极极限抗弯承载载力计算方法法与完全抗剪剪连接组合梁梁相似。①抗剪连接件具具有充分的塑塑性变形能力力；②计算截面应力呈矩形分布，，混凝土翼板板中的压应力达到到抗压强度设设计值，钢梁梁的拉、压应力分别达达到强度设计计值；③混凝土翼板板中的压力等等于最大弯矩矩截面一侧抗剪连接件件所能够提供供的纵向剪力力之和；④忽略混凝土土的抗拉作用用。◆计算假定4.8.7部分抗剪连接接组合梁承载载力计算◆正截面承载力力计算公式4.8.7部分抗剪连接接组合梁承载载力计算◆正截面承载力力计算公式【例题4-5】采用P83例题4-4中按弹性方法法计算确定的的抗剪连接件件数量，验算算P63例题4-2组合梁塑性抗抗弯承载力是是否满足要求求。解：计算公式4.9混凝土翼板的的设计及构造造要求混凝土翼板受受多种应力作作用，处于复复杂的应力状状态。应主要要考虑翼板的的纵向抗剪能能力是否满足足要求。翼板可能发生生纵向剪坏的的界面验算公式解读详P874.10组合梁正常使使用阶段验算算涉及挠度验算算和负弯矩区区段裂缝宽度度验算两个问问题。4.10.1组合梁变形特特点及分析1.组合梁变形特特点◆交界面滑移产产生附加挠度度◆混凝土翼板收收缩徐变使挠挠度增大◆混凝土翼板受受拉开裂形成成变截面刚度度◆剪力滞后估计计不准确对变变形的影响◆温度作用对变变形的影响……组合梁的实际际挠度大于换换算截面按结结构力学方法法计算的弯曲曲挠度。4.10.1组合梁变形特特点及分析组合梁挠度按换算截面计计算的挠度滑移附加挠度度2.滑移附加挠度度分析◆分析思路①简化问题提出出假定→②微微段梁滑移变变形模型→③③由微段梁静静力平衡条件件、④物理条条件和⑤变形形条件→⑥建建立滑移变量量s的微分方程→→⑦求解微分分方程并由边边值条件确定定方程解系数数→⑧建立滑滑移变量s与附加挠度的的关系→⑨得得出附加挠度度公式→⑩对附加挠度度公式进行简简化。◆简化假定①钢梁与混凝土土板交界面上上的水平剪力力与相对滑移成正比比（同一截面处处钢梁与混凝凝土翼板间的水平平位移差）；②钢梁和混凝凝土翼板具有有相同的曲率率并分别符合平截面假假定；③忽略钢梁与与混凝土翼板板间的竖向掀掀起作用。4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析◆滑移微分方程程4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析简支组合梁挠挠度计算模型型一个连件间距距范围内剪力力任务：建立微微分方程同一截面栓钉钉个数ns单个栓钉极限限抗剪承载力力微段梁变形模模型◆滑移微分方程程y1◆滑移微分方程程教材P89式（4-74）有误教材缺此式◆滑移微分方程程P89式（4-79）有误弯矩拉应变轴力压应变轴力拉应变弯矩压应变◆滑移微分方程程教材P89式4-82有误◆滑移微分方程程教材P90参数有误◆滑移微分方程程教材P90式（4-83）有误◆方程解与附加加曲率的关系系◆方程解与附加加曲率的关系系4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析hhshc教材P90式（4-85）有误◆附加挠度4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析待定常数用换算截面计算滑移引起◆附加挠度4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析教材P90式（4-88）有误，推导导结果与（4-91）相同◆附加挠度4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析作业试推导以上两两种受力模式式的附加挠度度公式。集中力到跨中中的距离教材P90式（4-89）和式（4-92）有误◆简化挠度公式4.10.1组合梁变形特特点及分析2.滑移附加挠度度分析按长期荷载或短期荷载及相应换算截面计算的挠度滑移附加挠度刚度折减系数4.10.2组合梁变形计计算方法无论是简支组组合梁还是连连续组合梁，，均要求按荷荷载标准组合合和荷载准永永久组合两种种情况进行挠挠度验