配实腹钢的型钢混凝土结构的应用与研究

1、company logo 报报 告告 人：王洋人：王洋 学学 号：号：g20148026g20148026 班班 级：建工硕级：建工硕14011401班班 配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算 company logo 一、型钢混凝土梁斜截面一、型钢混凝土梁斜截面受剪破坏形式及性能 二、型钢混凝土梁斜截面承载力的二、型钢混凝土梁斜截面承载力的影响因素影响因素 三、型钢混凝土梁斜承载力截面的三、型钢混凝土梁斜承载力截面的计算方法计算方法 四、保证型钢混凝土梁斜截面承载力的四、保证型钢混凝土梁斜截面承载力的措施措施 五、型钢混凝土结构五、型钢混凝土结构设计知

2、识设计知识 配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算 一、梁斜截面一、梁斜截面受剪破坏形式及性能 3.3.剪压破坏剪压破坏 1.1.剪切斜压破坏剪切斜压破坏 2.2.剪压粘结破坏剪压粘结破坏 斜截面 受剪破 坏形式 1.11.1梁斜压破坏机理梁斜压破坏机理 company logo 一、梁斜截面一、梁斜截面受剪破坏形式及性能 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

3、拱作用机理。 company logo 一、梁斜截面一、梁斜截面受剪破坏形式及性能 1.2 1.2 剪切斜压破坏剪切斜压破坏 条件：剪跨比1.5且含钢率较小时斜裂缝端部 剪压区混凝土在正应力和剪应力的共同作用下 被压碎。 图图1-1-4:4:剪压破坏示意图剪压破坏示意图 破坏形态：破坏形态：先由弯矩影响产生垂直先由弯矩影响产生垂直 裂缝，随剪力增加发展为斜裂缝，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。最后剪压区混凝土压碎而破坏。 1.6 梁斜截面受剪性能 （1）斜裂缝出现时。实腹式型钢具有较大的抗剪刚 度，而且在梁中腹板是连续分布的，对斜裂缝的 开展起着较好的抑制作用。 （

4、2）斜裂缝出现后，型钢腹板的贡献使梁的受剪承 载力大为提高。 （3）具有较好的延性破坏特征。 一、梁斜截面一、梁斜截面受剪破坏形式及性能 （4）可能会发生剪切粘结破坏。型钢与混凝土交界 面粘结强度较低，型钢混凝土梁破坏时受压侧保 护层混凝土剥离范围大，设计中应通过配置必要 的构造箍筋、增加型钢外围混凝土厚度等措施来 提高剪切粘结承载力。 （5）受力过程中，由于受混凝土的约束，在满足宽 厚比的条件下，型钢腹板不会发生局部屈曲，其 强度能得以充分发挥，同时，型钢本身可以承担 相当大的剪力，型钢混凝土梁的斜截面受剪承载 力远比钢筋混凝土梁高。 一、梁斜截面一、梁斜截面受剪破坏形式及性能 compan

5、y logo 一、型钢混凝土梁斜截面一、型钢混凝土梁斜截面受剪破坏形式及性能 二、型钢混凝土梁斜截面承载力的二、型钢混凝土梁斜截面承载力的影响因素影响因素 配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算 影响斜截面 受剪性能的 因素 1.1.剪跨比剪跨比 二、斜截面承载力的影响因素二、斜截面承载力的影响因素 4.4.含钢率与型钢强度含钢率与型钢强度 5.5.宽度比宽度比 6.6.含箍率含箍率 2.2.加载方式加载方式 3.3.混凝土的强度等级混凝土的强度等级 影响斜截面 受剪性能的 因素 v 1 1. .剪跨比剪跨比: :实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用实际反映了弯剪共同作用时，弯矩与剪力作用

6、 所占比例。所占比例。越大越大说明以说明以弯矩为主弯矩为主, ,越小越小说明以说明以剪力为剪力为 主主。所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度。所以剪跨比不仅影响到构件抗剪强度, ,而且影响到破而且影响到破 坏形态，一般坏形态，一般1.53.03.0发生弯曲破坏。发生弯曲破坏。 越小（越小（m m 影响越小）抗剪强度较高，影响越小）抗剪强度较高，越大（越大（m m 影响越大）抗剪强度越低。影响越大）抗剪强度越低。 v 2.2.加载方式加载方式：均布荷载均布荷载作用下，粘结力较好，抗剪作用下，粘结力较好，抗剪强度高强度高 ，同时剪跨比对其影响不大；，同时剪跨比对其影响不大；集中荷载集中荷载作用下，抗剪

7、作用下，抗剪强度强度 较低较低，同时剪跨比对其影响明显。，同时剪跨比对其影响明显。 二、斜截面承载力的影响因素二、斜截面承载力的影响因素 v 3.3.混凝土的强度等级混凝土的强度等级：混凝土强度影响到斜压杆强度，剪混凝土强度影响到斜压杆强度，剪 压区强度以及粘结力等。压区强度以及粘结力等。 v 4.4.含钢率与型钢强度含钢率与型钢强度：含钢率越高，型钢强度越高，抗剪含钢率越高，型钢强度越高，抗剪 能力越大。能力越大。 v 5.5.宽度比宽度比：在一定范围内在一定范围内越大越大，型钢约束的混凝土相对较，型钢约束的混凝土相对较 多，梁的多，梁的抗剪强度抗剪强度与变形能力与变形能力提高提高。 v 6

8、.6.型钢翼缘的保护层型钢翼缘的保护层：保护层太小，易发生粘结破坏，产保护层太小，易发生粘结破坏，产 生较大滑移。生较大滑移。 v 7.7.含箍率含箍率：钢箍本身承担剪力，且能约束混凝土，因此使钢箍本身承担剪力，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。配置必要的钢箍。 二、斜截面承载力的影响因素二、斜截面承载力的影响因素 company logo 一、型钢混凝土梁斜截面一、型钢混凝土梁斜截面受剪破坏形式及性能 二、型钢混凝土梁斜截面承载力的二、型钢混凝土梁斜截面承载力的影响因素影响因素 三、型

9、钢混凝土梁斜承载力截面的三、型钢混凝土梁斜承载力截面的计算方法计算方法 配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算 v 国内外学者曾依据梁的各种破坏机理，分别给出了型钢混凝土梁 的斜截面受剪承载力计算公式，但终因问题的复杂性而未得到实际应 用.参考美国和欧洲制定的型钢混凝土结构设计规范，并结合国内外学 者的研究，型钢混凝土梁的斜截面抗剪承载力主要有3 种计算方法： v 1) 将型钢腹板视为均匀分布的箍筋，采用钢筋混凝土梁的计算方法； v 2) 不考虑型钢与混凝土之间的粘结作用，计算各自所承担的剪力，再 分别按钢梁和型钢混凝土梁的抗剪计算方法确定其抗剪承载力； v 3) 将型钢部分和钢筋混凝土部分受

10、剪承载力之和作为型钢混凝土梁 的抗剪承载力。 v 赵树红等人基于试验研究，认为第3 种计算方法是偏于安全的，我国 现行两部设计规程采用的就是该种计算方法。型钢混凝土梁的斜截面 抗剪承载力从形式上可由3 部分组成：1) 混凝土的贡献vc；2) 箍筋的 贡献vsv；3) 型钢腹板的贡献vsw。 v v =vsv +vc +vsw 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 混凝土的抗力： 式中： 纵向受拉钢筋重心至受压边缘的距离； 混凝土抗力系数； 型钢腹板的抗剪能力： 式中： ， 分别为型钢腹板截面的厚度与高度； 型钢腹板的抗拉设计前度一般与型钢翼缘相同， 即为整个型钢的抗拉设计强度；

11、 0 bhfv cc 0 h wwssw htfv w t w h s f 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 为型钢的抗力系数。 钢箍承担的剪力: （1）均布荷载时: 式中： 同一截面内箍筋各肢截面面积的总和； 箍筋的间距； 斜裂缝水平投影长度。 （2）集中荷载时: 58. 0 0 2 .1hf s a v yv sv sv sv a s c 0 8 .0hf s a v yv sv sv 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标要在试验的基础上回归分析，并参考到可靠指标要 求得出：求得出： （1 1） 均布荷载作用下均

12、布荷载作用下的矩形梁，以及的矩形梁，以及t t形梁形梁 工字形梁：工字形梁： 注：注：或将式右边第一项或将式右边第一项 改为改为 其中，其中， 为型钢腹板厚度与高度，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。为型钢抗拉强度设计值，其余符号用同混凝土规范。 00 2 .158.007.0h s a fhtfbhfv sv yvwwsc 0 07. 0bhfc 0 7 . 0bhft ww ht , s f 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 上式中，第一项为混凝土的抗力；第二项为型钢的抗力上式中，第一项为混凝土的抗力；第二项为型钢的抗力 （只考虑腹板

13、作用）；第三项为钢箍的作用。（只考虑腹板作用）；第三项为钢箍的作用。 在集中荷载作用在集中荷载作用下的独立矩形梁：下的独立矩形梁： v 注：注：亦可将式右边第一项亦可将式右边第一项 改为改为 v 当当 时，取时，取 ； v 当当 时，取时，取 。 00 5 . 1 3 . 1 5 . 0 07. 0 h s a fhtfbhfv sv yvwwsc 0 5 . 0 07. 0 bhfc 0 5 . 0 7 . 0 bhft 5 . 15 . 1 5.2 5 . 2 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 v钢骨混凝土结构设计规程(yb 9082 - 97)yb 均布荷载作用下：均

14、布荷载作用下： 集中荷载作用下：集中荷载作用下： 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 ssvwwb sv yvbbc fhth s a fhbfv 00 25. 1 5 . 1 2 . 0 ssvwwb sv yvbbc fhth s a fhbfv 00 5 . 107. 0 型钢混凝土组合结构技术规程jgj138-2001 均布荷载作用下：均布荷载作用下： 集中荷载作用下：集中荷载作用下： 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 钢骨混凝土结构设计规程(yb 9082 - 97)yb （抗震设计）均布荷载（抗震设计）均布荷载作用下：作用下： （抗震设计）集中

15、荷载（抗震设计）集中荷载作用下：作用下： 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 )2 . 1056. 0( 1 00ssvwwb sv yvbbc re fhth s a fhbfv ) 5 . 1 16. 0 ( 1 00ssvwwb sv yvbbc re fhth s a fhbfv 型钢混凝土组合结构技术规程jgj138-2001 （抗震设计）均布荷载（抗震设计）均布荷载作用下：作用下： （抗震设计）集中荷载（抗震设计）集中荷载作用下：作用下： 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 v我国src结构设计规程背景 我国从20世纪50年代开始应用型钢混凝土结

16、构, 但研 究起步较晚。20世纪80年代才开始对型钢混凝土结构进行 较系统的研究。由西安建筑科技大学与原冶金部建筑研究 总院最早开始研究。为了指导我国型钢混凝土结构的发展 ,1998年原冶金部参考了日本钢骨混凝土规范主持制定和 颁布了我国第一部钢骨混凝土结构设计规程 (yb 9082- 97);2002年由建设部在总结了我国近年来的研究成果的基 础上又颁布了型钢混凝土组合结构技术规程 (jgj 138- 2001)。 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 v我国两部src结构设计规范的特点 v 1.钢骨混凝土结构设计规程(yb 9082 - 97)yb 规程的特点是以日 本规范

17、模式为基础,忽略了型钢和混凝土之间的粘结作用,按叠加原理 建立承载能力和刚度的计算公式,工程实际应用比较方便,计算简单,可 操作性强,带有浓厚的“设计”气息,但设计结果偏于保守,容易造成不经 济。 v 2.型钢混凝土组合结构技术规程(jgj 138 - 2001pj130 - 2001) “jgj 规程”的特点也是以钢筋混凝土理论为基础、以试验研究成 果为依据建立的。在这套规程中引入了平截面假定,采用极限状态设计 法设计,基本上反映了我国目前对型钢混凝土结构研究的最新成果,并 且其设计思路基本上与我国钢筋混凝土结构的设计方法相一致。该规 程理论依据较为充分、考虑因素全面、计算结果比较准确,但计

18、算公式 比较复杂,带有较浓厚的“学院”气息。 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 我国尚未形成统一的src结构的设计规范。由于两部 规程的编制依据和编制背景的不同,二者在src 构件计算 理论、计算方法和构造要求上均有一定的差异。因此对型 钢混凝土结构规程的差异和区别进行探讨分析,掌握两部 规程的计算理论和设计方法,具有一定的实际意义。 在两部规程中,梁的斜截面抗剪承载能力计算理 论都与钢筋混凝土斜截面的承载能力相同,将型钢混凝土 截面的斜截面抗剪能力从形式上分为3 部分:箍筋抗剪作 用v箍筋、混凝土抗剪作用vc 和型钢(

19、钢骨) 抗剪作用vs ,即: v = vrc + vs = v箍筋+ vc + vs (1) 两部规程关于v箍筋、vc 和vs 的规定主要区别在于 系数取值不同(表1) ,通过比较各系数取值,可以大致看出 两部规程的主要区别在于混凝土的抗剪承载力大小,“jgj 规程”考虑到核心混凝土的约束作用,提高了混凝土的抗 剪能力,但降低了箍筋的抗剪作用;型钢部分差别不大(f ssv0158fss) 。总体上,对于工程实际的斜截面抗剪计 算,两部规程计算结果相差不太大。应该注意,“jgj规程 ”考虑了剪跨比对集中荷载作用下型钢部分抗剪能力的 影响,而“yb 规程”未曾考虑。 三、斜承载力截面的计算方法三、

20、斜承载力截面的计算方法 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 v 比较两部规程的意义 v 钢骨规程借鉴了日本规范的思想(简单叠加法)，众所周知，日本 是个多地震的国家，其规范就必须考虑频发地震的影响，设计自然会 趋向于保守，客观地讲，简单叠加法经历了日本震害的反复检验，是 一种相对成熟的方法，适合我国高烈度地震区； 型钢规程吸收了 苏联规范的精髓(变形一致)，适合于我国广阔的非地震频发地区。 v 两部规程的颁布推进了我国工程结构领域的技术进步与应用，但由于 两部规程所采用的计算理论不同，因此在计算公式、计算过程、构造 措施和计算结果等方面均有差异，这给工程应用带来一定的困难，对

21、 结构工程师提出了更高的要求，要求结构工程师能够灵活地根据不同 工程情况和设计要求运用两本规范。 三、斜承载力截面的计算方法三、斜承载力截面的计算方法 company logo 一、型钢混凝土梁斜截面一、型钢混凝土梁斜截面受剪破坏形式及性能 二、型钢混凝土梁斜截面承载力的二、型钢混凝土梁斜截面承载力的影响因素影响因素 三、型钢混凝土梁斜承载力截面的三、型钢混凝土梁斜承载力截面的计算方法计算方法 四、保证型钢混凝土梁斜截面承载力的四、保证型钢混凝土梁斜截面承载力的措施措施 配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算 4.1钢骨混凝土结构设计规程(yb 9082 - 97)yb 四、保证梁斜截面承载力

22、的措施四、保证梁斜截面承载力的措施 （1）型钢混凝土受剪截面的要求： v （2） 梁中箍筋的直径和间距应符合表4.1中的要求，箍 筋间距也不应该大于梁高的1/2。对抗震设防的结构，在 距梁端1.5倍的梁高的范围内，箍筋间距加密，当梁净跨 小于梁截面高度4倍时，梁跨按箍筋加密要求配置。 v表4.1 四、保证梁斜截面承载力的措施四、保证梁斜截面承载力的措施 四、保证梁斜截面承载力的措施四、保证梁斜截面承载力的措施 4.2型钢混凝土组合结构技术规程jgj138-2001 （1）型钢混凝土受剪截面的要求： v （2）型钢混凝土框架梁的截面宽度不宜小于300mm 截面的高度和宽 度的比值不宜大于4。 v

23、 （3）型钢混凝土框架梁在支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处 应在型钢腹板两侧对称设置支承加劲肋。 v （4）型钢混凝土框架梁中箍筋的配置应符合国家标准混凝土结构 设计规范gbj1089 的规定考虑地震作用组合的型钢混凝土框架梁 梁端应设置箍筋加密区其加密区长度箍筋最大间距和箍筋最小直径应 满足表4.2要求。 v （5）在箍筋加密区长度内箍筋宜配置复合箍筋其箍筋肢距可按国家 标准混凝土结构设计规范gbj1089 的规定适当放松。 四、保证梁斜截面承载力的措施四、保证梁斜截面承载力的措施 表4.2 四、保证梁斜截面承载力的措施四、保证梁斜截面承载力的措施 company logo 一、型钢混凝

24、土梁斜截面一、型钢混凝土梁斜截面受剪破坏形式及性能 二、型钢混凝土梁斜截面承载力的二、型钢混凝土梁斜截面承载力的影响因素影响因素 三、型钢混凝土梁斜承载力截面的三、型钢混凝土梁斜承载力截面的计算方法计算方法 四、保证型钢混凝土梁斜截面承载力的四、保证型钢混凝土梁斜截面承载力的措施措施 五、型钢混凝土结构五、型钢混凝土结构设计知识设计知识 配实腹钢的型钢混凝土梁斜截面承载力计算 五、型钢混凝土结构设计知识五、型钢混凝土结构设计知识 计算型钢混凝土结构计算型钢混凝土结构 etabs软件软件 midas系列软件系列软件 pkpm系列软件包中的系列软件包中的satwe板块板块 sap2000 v 5.

25、1型钢混凝土结构的设计常用型钢混凝土结构的设计常用软件软件 v 5.2型钢混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且 难度最大的是： 1.需确定型钢柱中每根钢筋的准确位置。 五、型钢混凝土结构设计知识五、型钢混凝土结构设计知识 型钢混凝土 结构设计难 点 2.根据型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度。 3.需确定框架梁中每根钢筋的准确位置。 4.根据柱梁钢筋的位置确定型钢穿孔位置。 5.型钢中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定， 一般比钢筋直径大4-6mm。 总结总结 v 随着建筑造型和结构类型的不断创新，型钢 混凝土结构研究的不断深入，人们也会面临越来 越多的复杂而特殊的问题，所以需要我们结构科 研工作者更加不断努力，不断创新！ 参考目录参考目录 v 1 车顺利. 型钢高强高性能混凝土梁的基本性能及设计计算理论研究 d . 西安: 西安建筑科技大 学,2008. v 2 郑山锁, 邓国专, 杨勇, 等. 型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究 j . 工程力学, 2003, 20( 5) :