型钢溷凝土梁

型钢溷凝土梁第一页，共32页。型钢混凝土结构一、型钢混凝土结构（SRC结构）的概述二、SRC结构的发展三、SRC梁正截面、斜截面的计算理论和设计方法四、SRC结构的建筑实例五、国内外的研究现状第二页，共32页。一、型钢混凝土的概述型钢混凝土结构（SteelReinforcedConcrete，简称SRC）又称钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构，它是指在混凝土中主要配置型钢、并配有一定纵向钢筋和箍筋的结构。根据配钢形式的不同，型钢混凝土结构可以分为实腹式配钢和空腹式配钢两大类。目前在抗震结构中多采用实腹式型钢混凝土构件，下图是常见的型钢混凝土柱、梁和节点等构件形式。第三页，共32页。(a)实腹式配钢型钢混凝土柱截面（b）空腹式配钢型钢混凝土柱截面

(a)实腹式配钢型钢混凝土梁截面（b）空腹式配钢型钢混凝土梁截面

第四页，共32页。(e)型钢混凝土柱节点第五页，共32页。二、SRC结构的发展欧美国家从20世纪初就已经开始应用型钢混凝土柱结构，最初采用混凝土包裹型钢仅是为了提高钢柱的耐火性，因此不考虑混凝土的作用。仍按钢结构的方法进行计算，后来才逐步认识到外包混凝土对柱子强度和刚度的提高是有贡献的。日本特别重视型钢混凝土结构的研究和工程应用。采用型钢混凝土结构的兴业银行第六页，共32页。是一幢地上七层，地下一层，高约30m的建筑物，他经历了1923年得关东大地震而几乎没有破坏，从此以后，型钢混凝土结构一起优越的抗震性能而被大量采用。第七页，共32页。二、中外SRC结构的发展历程截至1985年，日本采用型钢混凝土结构的建筑面积占总建筑面积的62.8%，10~15层的高层建筑中采用型钢混凝土结构的建筑物占总幢数的90%左右。前苏联对型钢混凝土结构的研究也相当重视，并在第二次世界大战的战后恢复建设中，大量的使用了型钢混凝土结构建造厂房。第八页，共32页。我国最早于20世纪50年代从前苏联引进型钢混凝土结构，并在工业厂房中得到了应用。这一时期的建筑物多采用空腹式配钢形式。后来由于片面强调节约钢材，型钢混凝土结构的研究和应用处于停滞状态。20世纪80年代以后，型钢混凝土结构又一次在我国兴起，并相继颁布实施了冶金行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082---1997)和建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138---2001）。第九页，共32页。三、SRC梁正截面、斜截面的计算理论和设计方法引入基本假定构件变形后截面平均应变符合平截面假定截面受拉区的拉力全部由型钢和钢筋负担，不考虑受拉区混凝土的抗拉能力受压区边缘混凝土极限压应变取0.003，受压区应力图形简化为等效矩形应力图，高度取实际受压区高度的80%型钢腹板的应力图形为拉、压梯形应力图形但可以简化为下图所示的双矩形分布第十页，共32页。5.钢筋应力取值等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其设计强度值。第十一页，共32页。界限相对受压区高度型钢混凝土梁的界限相对受压区高度可定义为在受拉翼缘屈服的同时，受压边缘混凝土达到极限压应变，如右图所示，界限相对受压区高度下式计算第十二页，共32页。矩形截面梁的计算

型钢混凝土梁正截面强度计算时，根据中和轴位置不同，分为三种情况：第一种情况，中和轴在型钢腹板中通过；第二种情况，中和轴不通过型钢;第三种情况，中和轴恰好在型钢翼缘中通过。第十三页，共32页。第一种情况：x>,即中和轴在型钢腹板中通过。根据力的平衡可得截面受压区高度：第十四页，共32页。对中和轴取矩，可得极限弯矩第十五页，共32页。第二种情况：x<0.8,即中和轴不通过型钢，根据力的平衡，求得受压区高度：第十六页，共32页。必须满足，以保证型钢下翼缘屈服。若满足，此时的极限承载能力可按：第三种情况：中和轴恰好在型钢翼缘中通过第十七页，共32页。此时受压区高度:对型钢上翼缘取矩，可得极限弯矩第十八页，共32页。型钢混凝土梁斜截面抗剪承载力除了剪跨比比较大（>2.5）的梁为弯曲效应控制外，其余梁均属剪切破坏。剪切破坏的形式可以分为三类，即剪切斜压破坏、剪切粘结破坏、和弯剪破坏（剪压破坏）。1.剪跨比很小时（<1.5）,一般发生剪切斜压破坏，此时梁上的正应力不大，而建应力却相对较高大约在加荷到极限荷载的30%~50%时，再再梁腹首先出现裂缝，随着荷载的增加，腹剪裂缝向上延伸至加荷点附近，并逐渐形成临界裂缝。第十九页，共32页。于钢筋混凝土梁不同的是，型钢腹板沿梁高是连续配置的，且刚度较大，混凝土开裂以后，型钢腹板承担着斜裂缝面上混凝土释放出来的应力，同时对混凝土的拉压变形起到有效的约束作用。只有在型钢屈服以后。这种约束作用丧失，变形才较快的增长，抗力不断下降，混凝土被压碎。第二十页，共32页。剪切粘结破坏当剪跨比较小时（1.5~2.5之间），较易发生剪切破坏粘结破坏。型钢表面与混凝土的粘结力较小，在加荷载初期，由于剪力较小，两者共同工作，随着荷载的增大，这种化学胶结力逐渐降低最终完全丧失，此时紧靠摩擦力来维持，会使型钢翼缘处两侧的混凝土产生应力集中。当这部分混凝土逐步达到其抗拉强度时，即产生劈裂裂缝，一旦有一处裂开，混凝土继推出工作，裂缝迅速发展直到形成贯通的劈裂裂缝，构件丧失承载能力。弯剪破坏弯剪破坏主要表现在斜裂缝首先出现在梁的受拉边缘。当梁的剪跨比较大时（大于等于2），随着弯曲应力影响增加，首先在梁的下边缘出现垂直的弯曲裂缝，直到混凝土沿着主拉应力垂直方向开裂，此时主拉应力由型钢来承担。随着荷载的增加型钢首先发生剪切屈服，最后剪压区的混凝土被压碎而构件破坏。第二十一页，共32页。影响抗剪承载力的因素1.剪跨比影响剪跨比的大小影响剪切破坏形态2.加载方式集中荷载作用下型钢混凝土梁的抗剪能力比均布荷载作用下的抗剪能力有所降低。3.混凝土强度等级混凝土的抗剪能力随着混凝土的强度等级提高而提高，两者基本上呈线性关系。4.含钢率与型钢强度含钢率不同的梁抗剪强度不同，含钢率大，则有型钢承担的剪力大。第二十二页，共32页。5.宽度比型钢翼缘的宽度与梁宽纸币对型钢混凝土梁的破坏形态与抗剪强度有一定影响6.型钢翼缘的保护层梁的上下边缘附近应力与变形较大，因此沿着型钢的上下翼缘容易丧失黏结而产生较大的滑移，甚至产生黏结劈裂裂缝而导致构件发生破坏。7.配箍率一方面钢箍本身承担一部分剪力，另一方面钢箍对于约束混凝土的变形起着重要的作用从而使梁的强度与变形能力都得到改善，同时对防止黏结破坏也是有效的。第二十三页，共32页。抗剪承载能力计算对于弯剪（剪压）破坏：对于剪切斜压破坏及弯剪破坏抗剪承载力：

VCL-----剪压区混凝土承担的剪力

VCO-----斜裂面上混凝土与骨料之间的咬合力

Vsf------型钢翼缘及受拉纵筋的销栓力

VSW------型钢腹板承担的剪力

VSV-------与斜裂缝相交的钢箍承担的剪力第二十四页，共32页。四、SRC结构的建筑实例

上海环球金融中心大厦地上95层，高度460米上海金茂大厦地上主楼88层，总高度421米第二十五页，共32页。第二十六页，共32页。台北国际金融大厦

地上主楼101层，建筑总高448米第二十七页，共32页。马来西亚双子塔共有88层楼高，距离城市地平线有452米，并在离地170米半空建有一条双层天桥第二十八页，共32页。香港中银大厦

地上70层，楼高315米，整座大楼采用由八片平面支撑和五根型钢混凝土柱所组成的混合结构“大型立体支撑体系”第二十九页，共32页。研究现状

国内外对型钢混凝土组合结构的研究较为重视，但由于开展的时间较短，取得的成果多集中于构件的强度、刚度等的近似计算，而对于在构件承载力后期型钢与混凝士之间的粘结滑移机理，因其极为复杂，研究难度大而很少有人研究，所提出的计算方法也没有较好的考虑粘结滑移的影响。所以至今各国对型钢混凝土结构所采用的计算方法虽然不尽相同，但它们的共同特点是都避开了型钢与混凝土之间的粘结滑移问题。目前国内关于型钢混凝土的技术规程主要有《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-97)及《型钢混凝土组合结构技术规程》C3GJ138-2001)