《型钢混凝土结构》PPT课件.ppt

第五章型钢混凝土结构 SteelReinforcedConcreteStructures主讲 程安春 5 3型钢混凝土梁斜截面承载能力分析5 3 1试验研究与破坏形态型钢混凝土梁的剪切破坏形态一般有三类 1 剪切斜压破坏 一般当剪跨比很小 时发生 2 剪切粘结破坏 这是因为型钢混凝土构件中 型钢与混凝土粘结力差是其薄弱环节 因此当剪跨比较小时 有时会发生剪切粘结破坏 产生剪切粘结破坏裂缝 配置箍筋能增加对混凝土的约束 对防止粘结破坏有利 对受均布荷载的梁 由于梁上有荷载 压迫 作用 所以保护层不易发生粘结剥落 3 弯剪破坏 剪压破坏 当剪跨比较大时 发生剪压破坏 先由弯矩影响产生垂直裂缝 随剪力增加发展为斜裂缝 最后剪压区混凝土压碎而破坏 5 3 2影响梁抗剪能力的因素1 剪跨比 实际反映了弯剪共同作用时 弯矩与剪力作用所 占比例 越大说明以弯矩为主 越小说明以剪力为主 所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度 而且影响到破坏形态 一般发生剪切斜压破坏 发生剪切粘结破坏 发生弯曲剪切破坏 剪压破坏 发生弯曲破坏 越小 M影响越小 抗剪强度较高 越大 M影响越大 抗剪强度越低 2 加载方式 均布荷载作用下 粘结力较好 抗剪强度高 同时剪跨比对其影响不大 集中荷载作用下 抗剪强度较低 同时剪跨比对其影响明显 3 混凝土的强度等级 混凝土强度影响到斜压杆强度 剪压区强度以及粘结力等 4 含钢率与型钢强度 含钢率越高 型钢强度越高 抗剪能力越大 5 宽度比 在一定范围内越大 型钢约束的混凝土相对较多 梁的抗剪强度与变形能力提高 6 型钢翼缘的保护层 保护层太小 易发生粘结破坏 产生较大滑移 7 含箍率 钢箍本身承担剪力 且能约束混凝土 因此使抗剪能力提高 因此在配实腹钢的型钢混凝土构件 必须配置必要的钢箍 5 3 3配实腹式型钢的抗剪承载力计算斜压破坏的型钢混凝土梁 在剪切破坏前大致平行的斜裂缝将剪跨区的混凝土分割成若干斜压杆 混凝土和型钢腹板一起参加斜压杆工作 由于斜压杆主要传递轴向压力 因此全梁犹如一个拱 斜压杆作为传递压力拱圈 型钢受拉翼缘及纵向受拉钢筋作为拱的拉杆 因此 剪切斜压破坏可假定为拉拱作用机理 弯曲剪切破坏的应力见图4 34梁的抗剪承载力计算公式混凝土抗力其中为混凝土的抗力系数 5 29 5 30 图5 14弯曲剪切破坏时的应力图形 型钢腹板的抗力为型钢的抗力系数钢箍承担的剪力 均布荷载集中荷载在试验的基础上回归分析 并参考到可靠指标的要求 得出 均布荷载作用下的矩形梁 以及T形梁工字形梁注 或将式右边第一项改为其中 为型钢腹板厚度与高度 为型钢抗拉强度设计值 其余符号用同 混凝土规范 5 34 5 31 5 32 5 33 上式中 第一项为混凝土的抗力 第二项为型钢的抗力 只考虑腹板作用 第三项为钢箍的作用 在集中荷载作用下的独立矩形梁 注 亦可将式右边第一项改为当时 取 当时 取 抗震设计时 均布荷载作用下 5 35 5 36 集中荷载作用下 剪切抗力调整系数 设计时应有 且应有 截面限制条件比钢筋混凝土梁略松 5 3 3配角钢骨架梁的抗剪承载力计算均布荷载作用下的矩形梁 以及T形梁 工字梁 集中荷载作用下的矩形独立梁 当时 取 当时 取 5 37 5 38 5 39 同样设计时应有 以及应有 符号 受拉角钢重心到混凝土受压边缘的距离 竖腹板与斜腹杆的抗拉设计强度 同一截面内竖腹杆截面面积总和 与斜裂缝相交的斜腹杆面积的总和 竖腹杆的中心距 斜腹杆与水平轴夹角 同样 在抗震设计时 均布荷载集中荷载 5 40 5 41 5 4型钢混凝土梁的刚度变形计算型钢混凝土构件是弹塑性构件 随着荷载的变化 构件刚度变化 设计时应有 且应有 5 4 1变形特点及影响因素试验发现 当型钢混凝土梁达到开裂荷载后 在M f曲线并没有明显转折点另一个特点是使用阶段刚度降低较小 比较接近于线性关系 腹板的存在不仅使梁的承载力提高 同时对梁的刚度有明显影响 腹板的存在使型钢混凝土梁刚度明显增加 5 4 2刚度计算型钢混凝土梁的刚度 钢筋混凝土 型钢 型钢对混凝土约束 5 4 1 平均受压区高度的计算 在工程中常用 级钢筋和热轧型钢 低合金钢 可取忽略t的微小影响则有式中为截面中钢筋和型钢的重心到截面混凝土受压区边缘的距离2 裂缝截面受拉钢筋和型钢下翼缘应力的计算 无论中和轴位置如何 均可统一将钢筋与型钢下翼缘的拉应力计算简化为 5 43 5 44 3 折算刚心区宽度bc的计算 刚心区折算宽度其中为型钢翼缘的宽度 时 取 b为梁截面的宽度 4 型钢混凝土梁的刚度 型钢混凝土梁荷载短期效应作用下的刚度计算按图4 44所示的三部分叠加 5 45 5 46 图5 15型钢混凝土梁分项刚度计算图 混凝土部分的刚度按工字形截面计算 混凝土刚心区按弹性刚度计算 型钢的刚度由下式计算 5 47 5 48 5 49 5 5型钢混凝土梁的裂缝计算5 5 1抗裂度验算型钢混凝土梁的抗裂弯矩可表示为 5 5 2裂缝宽度计算平均裂缝宽度 型钢混凝土梁的最大裂缝宽度 5 50 5 51 4 6型钢混凝土柱的正截面承载能力处于轴压或偏压状态的柱 达到承载能力极限状态 可能 材料破坏 由于变形不可收敛发生失稳破坏 4 6 1轴心受压柱轴心受压柱的正截面强度混凝土净截面面积 即应扣除型钢及钢筋面积 型钢有效净截面面积 即应扣除因孔洞削弱部分 纵向受压钢筋的截面积 分别为混凝土轴心抗压强度设计值 纵向钢筋抗压强度设计值及型钢抗压强度设计值 为型钢混凝土柱稳定系数 根据按表4 9取用 5 52 换算截面惯性矩换算截面面积为混凝土净截面对换算截面重心并垂直于弯矩面的轴心惯性矩 为型钢对上述轴的惯性矩 为钢筋对上述轴的惯性矩 4 6 2配实腹型钢偏心受压柱试验研究及基本假定 配实腹型钢偏心受压柱有两种破坏形式 受压破坏 小偏心受压破坏 拉压破坏 大偏心受压破坏 5 53 5 54 5 55 承载能力计算时可作以下假定 1 破坏时 梁受压区边缘的混凝土极限压应变为 2 达到极限状态时 混凝土受压区的应力图形可取矩形分布 其折算应力值取fc 3 达到极限状态时 不考虑混凝土受拉区参加工作 4 无论哪种破坏形态 极限状态时 受压钢筋与受压型钢均能达到屈服 受拉破坏时受拉钢筋 受拉型钢均能达到屈服 受压破坏时 远离轴压力一侧的型钢和钢筋可能受拉或受压 但其应力均达不到屈服 5 在达到极限状态时 截面符合修正平截面假定 由以上假定 得出界限破坏时的受压区高度 5 56 5 6 3配实腹型钢大偏心受压柱的计算 大偏心受压极限状态时的应力应变如图5 16所示 图5 16拉压破坏应力应变图 根据平截面假定 由应变图中相似三角形的比例很易求得型钢腹板未屈服区高度型钢为 级钢时 型钢为 级钢时 由应力图形根据力的平衡一般地则有如 则更可简化为则可得 5 57 5 58 5 59 5 60 5 61 5 65 为了适应双向水平力 如风 地震作用 作用的情况 柱经常采用对称配钢 即 则上式进一步简化为 为了保证极限状态时型钢受拉翼缘屈服 x应满足 否则应按受压破坏 小偏心受压 计算为了保证型钢受压翼缘屈服 x尚应满足 型钢为 级钢时 型钢为 级钢时 对中和轴取矩可得 5 62 确为大偏心 5 63 5 64 若即对称配钢则有 由上式便可解得 柱所能承担的弯矩 设计时应有 其中为型钢截面高度 为偏心距增大系数考虑偏心率影响的系数考虑长细比影响的系数可不考虑长细比影响 即取大偏心受压可不考虑偏心率影响 即取