项目研发成果报告

1414页10页钢筋混凝土板开孔组合构造的争论开发工程争论成果报告一、任务的提出及开展争论开发的目的意义钢-混凝土组合梁通过抗剪连接件使钢梁和混凝土楼板共同工作，提高了承载力和刚度。假设在钢梁腹板上开孔使管道设施从中通过，可以降低层高，进一步突出其经济性。但是，开孔截面会形成薄弱环节，需要考虑其对强度和挠度的影响。目前已有的争论大多是关于腹板开孔组合梁的试验和强度计算，已经较为成熟。但是，关于腹板开孔组合梁挠度的争论还相对较少。Benitez等人扩展了已有的争论工作，将开孔截面分为承受刚性系杆连接的上部和下部截面，承受计入剪切效应的刚度矩阵的方法，计算最大弯矩点挠度和孔端挠度差，并给出了有用计算公式。通常，单个开孔对挠度的影响很小，与剪切变形为同一量级。但在某些状况下，其对挠度的影响会很大，比方开设有多个孔，或者在短梁的高缺乏相应的标准条文指导设计。为此，我们进展本工程的争论。的争论方法和工艺技术路线，技术成熟程度及存在的问题等。〕2023腹板未开孔组合梁的挠度计算ww0wa

和附加挠度w=w+w(1)0 a计算未开孔组合梁的挠度时考虑滑移影响，其截面抗弯刚度可以表示为：B=E

(2)s0 s0 sc式中：I I 0 sA0

I/AA Es cbAA EEsA cb

(3) s s 0 kl2 s 110s

=E/E

为钢梁s c E s c sc

s

cb

为楼板参与整体抗弯的有效截面积，楼板参与整体抗弯的有效宽度为b

==2×l/8，blk

s ss

为栓钉的列数，Ks

sc

为钢梁与楼板的形心距离。未开孔组合梁的抗剪刚度，考虑混凝土楼板和钢梁腹板的共同作用，可以表示为：S=G

(4)sw ccss

c

w

为钢梁腹板的截Acs

为楼板参与抗剪的有效截面积，楼板参与抗剪的有效宽度为b=3h，hs c

为楼板厚度。。有了上述截面刚度，就可以计算未开孔组合梁的挠度。腹板开孔组合梁的挠度计算组合梁开孔后，开孔段的截面被减弱。截面抗弯刚度变小，整体弯曲变形增加，截面抗剪刚度变小。开孔段上部和下部截面的刚度相对很11空腹桁架形式的变形分析模型26m，l

，孔的oh

To均为h

。下标o表示opening。t2开孔局部模型SOLID95元SHELL91COMBIN39局部细化开孔段及其四周的单元网格。左端截面施加固定约束。右端截面固定横向位移和全部转角，并分别耦合竖向位移和纵向位移。楼板横向边界截面承受横向对称约束。耦合混凝土楼板与钢梁的接触面的竖向1/2约束。在模型右端施加单个集中荷载，使模型的两端产生无转角相对竖33开孔局部模型的变形除了腹板开孔与否的区格外，未开孔局部模型的其余条件与开孔局Vt

和下部截面的剪V212wb 1

w2w

0,1

w。得到(开孔局部模型相对于未0,2开孔局部模型)附加的孔端挠度差为：w (ww)(w

w)(w

w ) (5)a 2 1

2 1 0,2

0,1分析理论首先，假设开孔段的上部和下部构件的计算跨度一样，记为：l=l+2rh

(6)e 0 t式中，r开孔段下部是TVl Vlw be 0

(7)sb GA Ss wbAwb

为下部TV为未开孔组合梁的截面剪力，V=V+VANSYSt b孔对整体弯曲刚度的影响较小，可以无视开孔对整体弯曲挠度的影响。因此孔端弯曲挠度差为：Vw b

l3 (8)evb 12EIessb式中，Isb

为下部TVl3 Vl Vl (9)ww w be be 0a vb

sb 12EIssb

GA Ss wb利用资料和ANSYS(9)反算出孔的计算跨度le代入式(6)计算系数r。开孔段的上部，是混凝土楼板和T截面。附加的孔端剪切挠度差为：VlW = test St

Vl

(10)t

为上部T算式(4)，只需将未开孔钢梁腹板换成上部T差为：w=Vle3/12B

(11)vt t tt

为上部T式(2Tl计算跨度l

。但是，这里计算Be

需要知道楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度b

，作为待定参数。同样有：eVl3 Vl Vl (12)ww w te te 0a vt

st 12B S St t利用资料和ANSYSle以通过式(12)计算出楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度be影响le

和be承受上述分析模型，取基准参数为：混凝土弹性模量E

=32.5GPa，c混凝土泊松比v

=0.18，板宽bc

=3m，板厚hc

=0.12m，钢材弹性模量cE=206GPa，钢材泊松比vs

=0.3，钢梁截面尺寸为H600×10×180×12×s260×14，孔宽l6m。

=0.6m，孔高ho

=0.3m，栓钉抗剪刚度ko

=1.8GPa，跨度s每次转变单个参数，其余参数保持不变，观看其对楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度be

和计算跨度l

(通过参数re楼板宽度当楼板宽度bc

e

和r4be

小幅增大，r楼板厚度图4楼板宽度对b和r的影响 图5楼板厚度对b和r的影响e e当楼板厚度hc

e

和r5be

大幅减小，r混凝土弹性模量当混凝土弹性模量Ec

e

和re小。钢梁高度

当钢梁高度hs

e

和rber减小。图6混凝土弹性模量对b和r的影响 图7钢梁高度对b和r的影响e e钢梁腹板厚度当钢梁腹板厚度tw

6mm～14mmbe

和r8be

大幅增大，r钢梁翼缘宽度当钢梁(上下)翼缘宽度bf

e

和r9e

图8钢梁腹板厚度对b和r的影响 图9钢梁翼缘宽度对b和r的影响e e栓钉抗剪刚度Ks

0.66As

(单位：fEc cfEc cs

nKs s

p的合理取值范围。当栓钉抗剪刚度ks

e

和r10be

小幅减小，r孔宽当孔宽lo

0.3m～0.9mbe

和r11所示。随孔宽的增大，be

大幅增大，r图10栓钉抗剪刚度对b和r的影响 图11孔宽对b和r的影响e e孔高当孔高ho

0.18m～0.42me

和r12所示。随孔高的增大，be

大幅减小，r12孔高对brele

和be依据影响le

和be12187模型。表中，孔高梁高比是孔高与钢梁高度的比值。其余参数如下：跨

=32.5GPa，vc

=0.18，Ec

=206GPa，s=0.3。s1局部模型参数得到ANSYS3.2b和re的数据点。拟合结果如下。系数r: h 3h

bh31r2.059.39104 s

o c c 〔13〕o 2ho

l Io st 式中，Ist

为上部T楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度bel

(14)b e e h0.951.23103loo

bh3ccIst将式(13)、式(14)的拟合值与ANSYS13、14图13r的拟合值与ANSYS计算值的比照 图14be的拟合值与ANSYS计算值的比照r10%的点占42204088.60.617。但其影响不大，缘由l0

2rht

要大得多，所以le

的误差很小，而后面的计算都是与le

关联。这也是rle

的影响反映在r上会被放大。其次，在计算be

的ANSYSr目的是使拟合的be差。

可以和拟合的rb0.925。误差较大的点多数集e中在数值很小的区域，其对挠度计算的误差很小。当be

很小时，开孔段上部截面的抗弯刚度主要由T对应的组合效应系数ψ也较小，即组合效应较小，所以会折减be对开孔段上部截面的抗弯刚度的影响，这将在后面的结果中表达。开孔段的等效剪切刚度3形格外相像。因此，可以将开孔段的空腹桁架弦杆的弯曲挠度与剪切挠度合并为等效剪切挠度~ ，依据(9)和(12)有：s~

Vl

(15)ww w ow

w ow os vb sb

vt st S a S依据等效剪切挠度相等的原则，将开孔段的空腹桁架弦杆的弯曲刚度和剪切刚度合并为等效剪切刚度So~ V V

VV V V

(16)sw bl sS~ ob

t l~ t

t bl~~ t b

l~~ t b

lSoSo式中：~为上部T形组合截面的等效剪切刚度；~ 为下部T形钢截t b面的等效剪切刚度，计算方法如下。依据式(9)、式(15)和式(16)可以得到：~ V

l3 l 1

(17)S bl

b l l

e b ~ s

Vl w oa S

o12EIssb

GAs wb依据式(12)、式(15)和式(16)可以得到：~ V V

l3 l1

(18)S tlt

t l l

e~ s

Vl w oa S

o12B St t从式(16)可以得到开孔段的等效剪切刚度：~ ~ l

(19)S SS o t b

o ol3 l l3 l e e e e 12B S 12EI GAt t ssb s wb承受拟合的l和b，计算开孔段的等效剪切变形~ ，与ANSYS的计e e s15s图15 ~ 的计算值与ANSYS计算值的比照s本工程仍在研发过程中，2023作用下的挠度计算理论、与ANSYS组合的影响争论。关键技术：1、利用ANSYS宽度和开孔段的计算跨度，进而得到了计入空腹桁架弯曲变形效应的等效剪切刚度。2、建立分段梁单元模型，求解出开孔组合梁的挠度计算公式，并进展了开孔段有效长度的修正。3、利用开孔段与未开孔段截面刚度不同的现象，建立分段梁单元模型，承受传统梁理论求解挠度计算公式。主要创点：1、提出了楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度的概念，并进展了拟合。2、将剪切变形和空腹桁架弦杆的弯曲变形合并为等效剪切变形，得到开孔段的等效剪切刚度。3be

的ANSYS值rbe的r

可以和拟合等学问产权状况；与国内外同类技术或产品的比较等。〕1、提出了一种腹板开孔组合梁挠度的计算方法，与承受实体单元和板壳单元的有限元分析结果的比照说明，该公式具有很好的精度，开孔位置变化时，本工程公式仍可以较为准确的计算跨中挠度。设有多个开孔时，本工程理论仍适用，且可以通过叠加单个开孔对跨中挠度的