型钢混凝土梁设计

型钢混凝土梁设计

指导教师：张鹏鹏学生：樊华学号：132081402044主要内容第一节基本概念第二节型钢混凝土梁受力性能和破坏形态及截面应力分析第三节型钢混凝土梁正截面承载力计算第四节型钢混凝土梁斜截面承载力计算第五节型钢混凝土梁裂缝和变形验算第一节基本概念1、型钢混凝土组合构件的概念2、型钢混凝土构件的配置形式3、型钢混凝土组合结构的特点4，型钢混凝土组合结构的分类5、型钢混凝土组合结构的计算方法1、型钢混凝土组合构件的概念

型钢混凝土组合构件是一种由核心部分的型钢（sectionsteel），外部的钢筋（reinforcingsteelbar）和混凝土（concrete）三种材料组成能协同工作的组合构件。2、型钢配置形式3、型钢混凝土组合结构的特点

(1)与钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土结构的特点：①变形能力强、抗震性能好。钢筋混凝土结构由于混凝土材料的脆性特性，特别是当同一层的柱刚度相差较大、负担剪力不均衡或是当结构存在较大的偏心扭转时，构件容易发生剪切破坏，结构的延性较差。型钢混凝土由于型钢的存在，构件延性得到很大的改善。

②在截面尺寸相同的条件下，可以合理配置较多的钢材。超高层建筑底层柱的轴力很大，当采用钢筋混凝土构件时，为了满足规范对轴压比的要求，柱截面尺寸通常很大、而这类短柱的延性往往很差。如果采用型钢混凝土构件，就可以大大提高含钢率，使柱子的承载能力与变形能力显著提高。

3、型钢混凝土组合结构的特点③当基础采用钢筋混凝土结构、上部为钢结构时，采用型钢混凝土结构作为过渡层可以使结构的内力传递更为合理。

④在施工时，型钢骨架有较大的承载力，可以作为脚手架使用，并可承受模板的重量。如果再利用压型钢板作为钢筋混凝土楼板的模板的话，可以大大节省模板工作量。⑤由于在构件中同时存在型钢与钢筋，浇筑混凝土比较困难。⑥用钢量大，建设费用较高。型纲混凝土结构的用钢量为80-180㎏／㎡，其中型钢占总用钢量的20％~50％。3、型钢混凝土组合结构的特点(2)与纯钢结构相比，型钢混凝土结构的特点①混凝土兼有参与构件受力与保护层的功能，经济性较好，可节省钢材。②结构刚度大，外力作用下变形小，在风荷载和地震作用下，结构的水平位移易满足要求。③混凝土有利于提高型钢的整体稳定性，钢板的局部屈曲、杆件弯曲失稳及梁的侧向失稳不易发生，如果结构构件设计合理，就能保证很好的延性。④使用的型钢规格较小、钢板厚度较薄，比较符合目前我国钢材轧制的实际情况。⑤结构自重较大，施工复杂程度较高。4，型钢混凝土组合结构的分类

型钢混凝土组合结构分为两类：第一类是全部构件均采用型钢混凝土。第二类是部分构件采用型钢混凝土，即柱，剪力墙采用型钢混凝土构件，而框架梁采用钢梁或钢筋混凝土梁。5、型钢混凝土组合结构的计算方法目前，大致可以归纳为如下三种方法：（1）基于试验与数值计算经验公式的计算方法。这种计算方法是以钢结构计算理论为基础，考虑混凝土对型钢刚度的提高作用，按钢结构稳定理论计算。适用于含钢率较大的情况。（2）基于钢筋混凝土的计算方法。这种方法假定构件内的型钢与混凝土形成一个整体，变形一致，从而采用钢筋混凝土构件的有关计算理论。（3）承载力叠加法。这种方法是一种简单的叠加法，没有考虑钢与混凝土间的粘结力及型钢与混凝土间的约束与支撑作用。5、型钢混混凝土组合合结构的计计算方法在我国主要要有两种：：一种计算方方法是以概概率理论为为基础的极极限状态设设计法。另另一种计算算方法是承承载力叠加加计算法。。它是将型型钢与混凝凝土分开来来计算，然然后叠加。。第二节型型钢钢混凝土梁梁受力性能能和破坏形形态及截面面应力分析析1，型钢混混凝土梁的的受力性能能和破坏形形态。2，型钢与与混凝土的的共同作用用1，型钢混混凝土梁的的受力性能能和破坏形形态。研究结果表表明，设有有剪力连接接件的实腹腹式型钢混混凝土梁在在达到极限承承载力之前前，型钢与与混凝土基基本能够共共同工作。。型钢与混凝凝土的粘结结力一般不不会怕坏。。所以可以以认为这种种实腹式型型钢混凝土土梁截面中中的型钢与与混凝土的的应变符合合平截面假假定（planecross-sectionassumption）。随着荷载的的增加，型型钢腹板与与翼缘之间间的核心混混凝土受到到型钢的约约束，裂缝缝发展到型型钢下翼缘缘附近，裂裂缝不随荷荷载增加而而发展，出出现裂缝发展停停滞现象。当加载到80%左右右的极限荷荷载，受压压翼缘高度度处出现水水平的粘结结裂缝，随随着荷载的的增加，保保护层脱落落，受压区区混凝土压压碎构件破破坏。（受压区型钢钢保护层越越小，粘结结断裂破坏坏越明显））2，型钢与与混凝土的的共同作用用因为在型钢钢混凝土组组合结构中中，型钢的的表面积和和截面面积积之比值较较小，且表表面平整，，粘结强度度较小，二二者之间容容易产生滑移，所以为了了确保型钢钢与混凝土土的共同作作用，应采采取以下三三种措施：：（1）采用用充满型实实腹型钢混混凝土梁（2）在型型钢上翼缘缘处设置抗抗剪连接件件（3）配置置必要的纵纵向钢筋和和箍筋第三节型型钢钢混凝土梁梁正截面承承载力计算算1，基本假假定2，正截面面抗弯承载载力计算1，基本假假定1）截面应应变分布符符合平截面面假定，型型钢与混凝凝土之间无相对滑移移；2）不考虑虑混凝土抗抗拉强度；；3）取受压压边缘混凝凝土极限压压应变0.003，，相应的最最大压应力力取混凝土土轴心受压压强度设计计值；4）型钢腹腹板的应力力图取为拉拉、压梯形形应力图形形。设计计计算时，简简化为等效效矩形应力力；5）钢筋应应力等于其其应变与弹弹性模量的的乘积，但但不大于其其强度设计计值。2，正截面面抗弯承载载力计算由于充满型型型钢混凝凝土框架梁梁是以适筋梁破坏坏作为其抗弯弯承载力的的极限状态态，所以我我们在设计计和计算中中要确保受受拉钢筋和和型钢翼缘缘首先屈服服，然后受受压翼缘屈屈服，直至至最后受压压混凝土压压碎，整个个充满型型型钢混凝土土框架梁才才达到抗弯弯承载力而而破坏。2，正截面面抗弯承载载力计算根据上述的的基本假定定，我们利利用平衡条条件:2，正截面面抗弯承载载力计算可得基本方方程：（1）非抗抗震设计弯矩的平衡衡方程水平力的平平衡方程2，正截面面抗弯承载载力计算（2）抗震震设计2，正截面面抗弯承载载力计算当，，时时：2，正截面面抗弯承载载力计算式中--相对受压区区高度--相对界限受受压区高度度--分别为型钢钢腹板的上上端、下端端至梁截面面混凝土受压区上边边缘距离与与的比值；；--型钢腹板承承受的轴向向合力--型钢腹板承承受的轴向向合力对于于型钢受拉拉翼缘和纵向受拉拉钢筋合力力点的距；；2，正截面面抗弯承载载力计算为了保证型型钢混凝土土梁的型钢钢上翼缘和和纵向受压压钢筋在破破坏前达到到屈服；截截面受压区区高度应满满足：为了保证梁梁的破坏形形态为型钢钢下翼缘和和受拉纵向向钢筋先屈屈服，然后后受压区混混凝土被压压碎，截面面相对受压压区应满足足：2，正截面面抗弯承载载力计算值可按平截截面假定推推导出：抗震设计时时，x应满满足以下要要求：一级框架梁梁：二，三级框框架：第四节型型钢钢混凝土梁梁斜截面承承载力计算算1，型钢混混凝土梁与与钢筋混凝凝土梁的受受剪性能差差异2，斜截面面破坏形态态3，影响型型钢混凝土土梁斜截面面受剪性能能的因素4，型钢混混凝土梁斜斜截面的抗抗剪承载能能力计算方方法5，抗剪承承载能力计计算1，型钢混混凝土梁与与钢筋混凝凝土梁的受受剪性能差差异（1）斜裂缝缝出现时。。实腹式型型钢具有较较大的抗剪剪刚度，而而且在梁中中腹板是连连续分布的的，对斜裂裂缝的开展展起着较好好的抑制作作用。（2）斜裂裂缝出现后后，型钢腹腹板对混凝凝土的拉压压变形起到到有效的约约束作用。。（3）剪压压破坏的梁梁是因为剪剪压区混凝凝土的破坏坏而达到极极限承载力力，与钢筋筋混凝土梁梁斜截面受受剪的脆性性破坏特征征截然不同同。2，斜截面面破坏形态态破坏形态主主要有三种种类型：2，斜截面面破坏形态态（1）斜压破坏剪跨比λ<1.0，以及1.0~1.5且含钢率较较大的情况况（2）剪压破坏剪跨比λ>1.5且含含钢率较小小的情况斜裂缝端部部剪压区混混凝土在正正应力和剪剪应力的共共同作用下下被压碎2，斜截面面破坏形态态（3）剪切粘结破破坏不配箍筋或或箍筋很少少、且剪跨跨比较大的的情况型钢与混凝凝土的粘结结力极易丧丧失，传递递剪力的能能力降低，，于是在型型钢翼缘外外侧的混凝凝土中产生生应力集中中在型钢翼缘缘附加产生生劈裂裂缝缝，沿型钢钢翼缘水平平方向发展展，导致保保护层脱落落2，斜截面面破坏形态态综上所述，，斜压破坏和和剪压破坏坏通过型钢钢混凝土梁梁的斜截面面受剪计算算解决。剪剪切粘结破破坏是通过过构造解决决，设计中中应通过配配置必要的的构造箍筋筋，设置抗抗剪连接件件，增加型型钢外围混混凝土厚度度等措施提提高型钢混混凝土梁抗抗剪切粘结结破坏的能能力。3，影响型型钢混凝土土梁斜截面面受剪性能能的因素（1）剪跨跨比剪跨比（>2.5））时，梁的的承载力往往往由弯曲曲应力控制制，一般发发生弯曲破坏型钢混凝土土梁不会发发生斜拉破破坏，型钢钢腹板可以以有效阻止止斜拉裂缝缝的产生。。均布荷载下下，型钢混混凝土梁的的斜裂缝靠靠近支座，，型钢腹板板中正应力力相对较小小，承载力力主要由剪剪应力控制制，型钢腹腹板的受力力基本上接接近纯剪。。3，影响型型钢混凝土土梁斜截面面受剪性能能的因素（2）型钢腹腹板含钢率率含钢率：ρ＝Aw/bh0由于型钢腹腹板的刚度度较大，斜裂缝出现现前，其剪应变变与混凝土土的基本一一致。斜裂缝出现现后，由于型钢钢对腹部的的混凝土有有约束作用用，梁的抗剪刚刚度降低不不多；型钢腹板屈服后，对混凝土土的约束丧丧失，梁的的抗剪刚度度降低较快快，变形增增大。但其其极限变形形远大于混混凝土梁，，表现出较好的延性性性能。3，影响型型钢混凝土土梁斜截面面受剪性能能的因素（3）配箍箍率配箍率：ρsv＝Asv/bs裂缝出现前前，箍筋的的应力很小小，基本不不起作用；；设计合理的的适筋梁，，剪压破坏坏时，箍筋筋基本屈服服；箍筋的约束束作用还能能有效防止止型钢翼缘缘与混凝土土交界面的的剪切破坏坏3，影响型型钢混凝土土梁斜截面面受剪性能能的因素（4）型钢钢翼缘宽度度与梁宽度度比bf/b型钢翼缘对对梁腹部混混凝土具有有约束作用用，能提高高梁的承载载力和变形形能力；但是，如果比值值过大，，使梁侧侧混凝土土保护层层厚度过过小，容容易产生生剪切粘粘结破坏坏（5）混混凝土强强度等级级一般，混混凝土部部分受剪剪承载力力随混凝凝土强度度提高而而提高；；剪跨比一一定时，，抗剪承承载力随随混凝土土强度提提高剪跨比较较小时，，增长率率较大剪跨比较较大时，，增长率率较小4，型钢钢混凝土土梁斜截截面的抗抗剪承载载能力计计算方法法分为以下下三种：：（1）将将腹板看看作连续续分布的的箍筋，，采用混混凝土梁梁的计算算方法。。含钢量小小时，基基本符合合实际2）剪力力分配计计算方法法荷载的反反复作用用型钢与与混凝土土之间的的粘结作作用丧失失，剪力力由型钢钢部分和和钢筋混混凝土部部分一起起承担。。计算较复复杂，不不易准确确4，型钢钢混凝土土梁斜截截面的抗抗剪承载载能力计计算方法法（3）叠叠加方法法用型钢部部分与钢钢筋混凝凝土部分分受剪承承载力之之和作为为型钢混混凝土构构件的受受剪承载载力。我国采用用此种方方法5，抗剪剪承载能能力计算算抗剪承载载能力的的计算公公式：型钢混凝凝土梁的的抗剪承承载力由由混凝土土，型钢钢和箍筋筋三者组组成：2)与斜斜裂缝相相交的箍箍筋承担担的受剪剪承载力力可表示示为：1)混凝凝土部分分的受剪剪承载力力可表示示为：5，抗剪剪承载能能力计算算在均布荷荷载作用用下，型型钢混凝凝土梁抗抗剪达到到极限状状态时，，型钢腹腹板的应应力，基基本上可可取型钢钢纯剪状状态时的的剪切屈屈服强度度5，抗剪剪承载能能力计算算在集中荷荷载作用用下，型型钢的抗抗剪能力力随着剪剪跨比的的增加反反而降低低，其腹腹板的抗抗剪强度度为：5，抗剪剪承载能能力计算算则承载力力计算公公式：非抗震设设计均布荷载载作用下下：集中荷载载作用下下：抗震设计计：均布荷载载作用下下：集中荷载载作用下下：5，抗剪剪承载能能力计算算截面适用用条件：：非抗震设设计抗震设计计为了避免免型钢含含量过小小，要求求满足第五节型型钢混混凝土梁梁裂缝和和变形验验算1，为什什么要控控制裂缝缝宽度2，裂缝缝控制的的两个基基本问题题3，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的计算4，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的验算与与裂缝控控制值5，型钢钢混凝土土梁的刚刚度与变变形计算算1，为什什么要控控制裂缝缝宽度控制裂缝缝宽度的的理由是是，过大大的裂缝缝会引起起混凝土土中型钢钢和钢筋筋的严重重锈蚀，，降低构构件的耐耐久性，，从而使使结构的的承载能能力降低低；同时时，过宽宽的裂缝缝会损坏坏结构的的外观，，给人们们心理上上造成不不安全感感。2，裂缝缝控制的的两个基基本问题题裂缝控制制的两个个基本问问题：裂缝宽度度的计算算和达到到正常使使用极限限状态时时的裂缝缝宽度限限值。正常使用用极限状状态的一一个问题题是型钢钢混凝土土梁的裂裂缝控制制，另一一个问题题是型钢钢混凝土土梁的刚刚度和变变形计算算。3，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的计算型钢混凝凝土受弯弯构件裂裂缝宽度度计算的的基本假假定：（1）使使用阶段段截面应应变符合合平截面面假定。。（2）钢钢筋，型型钢和混混凝土开开裂前均均在弹性性范围内内工作。。（3）开开裂截面面不考虑虑混凝土土的受拉拉作用。。（4）非非开裂截截面受拉拉区混凝凝土应力力均匀分分布。3，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的计算型钢混凝凝土受弯弯构件裂裂缝宽度度计算的的位置应应在受拉钢筋筋合力处为基准准。最大裂缝缝宽度的的计算：：3，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的计算3，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的计算4，型钢钢混凝土土梁裂缝缝宽度的的验算与与裂缝控控制值在型钢混混凝土受受弯构件件中，型型钢混凝凝土梁最最大裂缝缝宽度应应按荷载载短期效效应组合合，并考考虑长期期荷载作作用的影影响计算算.室内正常常环境下下最大裂裂缝宽度度限值取取0.3mm，，露天或或室内高高湿度环环境条件件下的构构件取0.2mm5，型钢钢混凝土土梁的刚刚度与变变形计算算型钢混凝凝土梁的的刚度计计算的基基本假定定：（1）在在使用荷荷载阶段段，型钢钢混凝土土梁符合合平截面面假定。。（2）在在使用荷荷载阶段段，钢筋筋，型钢钢和混凝凝土均在在弹性范范围内工工作。（3）裂裂缝截面面不考虑虑受拉混混凝土的的作用。。5，型钢钢混凝土土梁的刚刚度与变变形计算算符合平截截面假定