《组合结构2.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组合结构2.ppt（25页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、山东科技大学钢结构工程研究所 王 来,钢-混凝土组合结构,第二章 钢-混凝土组合楼盖结构,一、组合梁板的基本原理 非组合梁。由混凝土板和钢梁组成的楼盖结构中，若二者交界面处没有连接措施，则在竖向荷载作用下，混凝土板截面和钢梁截面的弯曲变形相互独，各自有中和轴。若忽略摩擦力，交界面上仅有竖向压力，二者之间必定发生相对水平滑移错动。所以，其受弯承载力M=M1+M2,第一节 基本原理,组合梁。如果在钢梁上翼缘设置足够的抗剪连接件并伸入混凝土板形成整体，阻止板和钢梁之间的相对滑移，使二者的弯曲变形协调，共同承担荷载的作用，则称为组合梁。在荷载作用下，组合梁截面仅有一个中和轴，混凝土板主要承受压力，钢梁
2、主要承受拉力。与非组合梁相比，组合梁的中和轴高度和内力臂增大，其受弯承载力显著提高 。组合梁的截面高度大，因而刚度也大。,掀起作用。一般在板梁交界面上的竖向分布力为压力。当荷载作用于钢梁上时，交界面上竖向分布力为拉力，将引起板、梁的分离。组合梁中这种上下层分离的趋势称为掀起作用。由于掀起力远小于交界面上的剪切力，而且抗剪连接件的形状具有一定的抗掀起作用，在设计中一般不进行抗掀起计算。,在压型钢板-混凝土楼板中，钢板和混凝土的组合作用不是通过抗剪连接件，而是依靠压型钢板的纵向波槽，钢板上的压痕、开的小洞、冲成的孔眼或在钢板上焊接的横向钢筋等措施实现的。,二. 完全抗剪连接和部分抗剪连接 根据抗剪
3、连接件的布置、数量和受剪承载力，可把组合梁分为完全抗剪连接组合梁和部分抗剪连接组合梁两类。 完全抗剪连接：即使在梁产生弯曲破坏的最不利截面处再增加连接件的数量，梁的受弯承载力也不再增加时的抗剪连接设计。 部分抗剪连接：抗剪连接件的数量少于完全抗剪连接所需要的数量时。在实际工程中，在满足设计要求的情况下，采用部分抗剪连接可以取得较好的经济效益。,三. 钢-混凝土组合楼盖结构的计算方法 钢-混凝土组合楼盖的计算方法有弹性理论方法以及考虑截面塑性变形发展的塑性理论方法。 弹性理论方法适用于组合梁、组合板构件的施工阶段计算，组合板承载力计算，直接承受动力荷载的组合梁承载力计算及变形计算。计算时，采用换
4、算截面，把混凝土面积 Ac除以E换算成等效的钢材截面面积（E为钢材与混凝土的弹性模量之比）。当考虑荷载长期作用（混凝土徐变、收缩等）的影响时，混凝土面积 Ac应除以2E换算成等效钢材截面积。 塑性理论方法适用于计算承受静力荷载或间接动力荷载组合梁的承载力，计算时，考虑结构的内力重分布和构件的应力重分布。吊车梁以承受动力荷载为主，静力荷载（自重）仅占一小部分，所以它是直接承受动力荷载的构件。,第二节 压型钢板-混凝土组合板,一.压型钢板-混凝土组合板的优点,非组合板。若仅考虑把压型钢板作为浇注混凝土时的永久性模板使用，则压型钢板只需要满足施工阶段的承载力和变形要求。施工完成后，全部使用荷载由混凝
5、土板承受。其设计方法与钢筋混凝土板相同，对压型钢板的截面构造也无特殊要求。,组合板。若压型钢板除在施工阶段作为模板使用外，在使用阶段还作为混凝土板的受力钢筋或部分受力钢筋，与混凝土共同工作承担使用荷载。此时，为保证混凝土与压型钢板的共同工作，在压型钢板表面需设置抗剪齿槽或者采取开孔洞、焊接短钢筋、横向钢筋等措施，以抵抗交界面的纵向剪力和竖向揿起力。此外，还要考虑对板的防火性能和耐久性能的要求。常见的压型钢板和混凝土的组合形式见图。,压型钢板-混凝土组合板具有下列优点： 压型钢板可作为浇灌混凝土的模板，节省了大量木模板及支撑； 压型钢板非常轻便，堆放、运输及安装都非常方便； 使用阶段，压型钢板可
6、代替受拉钢筋，减少钢筋的制作与安装工作。 刚度较大，省去许多受拉区混凝土，节省混凝土用量，减轻结构自重； 有利于各种管线的布置、装修方便； 与木模板相比，施工时减小了火灾发生的可能性； 压型钢板也可以起到支撑钢梁侧向稳定的作用。,组合板的总厚度不应小于90mm，压型钢板翼缘以上混凝土的厚度不应小于50mm。混凝土强度等级不宜低于C20，骨料尺寸不应大于0.4hc、压型钢板肋平均宽度的1/3和30mm三者中的较小值。 组合板中应设置分布钢筋网，以承受收缩和温度应力，提高火灾时的安全性，并起到分布集中荷载的作用。分布钢筋两个方向的配筋率均不宜少于0.002。 在有较大集中荷地区段和开洞周围应配置附
7、加钢筋。当防火等级较高时，可配置附加纵向受拉钢筋。 简支板的支座上部应配置构造负弯矩钢筋，以控制裂缝宽度。负弯矩钢筋的配筋率不小于0.002，其截断点距支承边的长度不小于l/4（l为板的跨度），且每米不少于5根。 悬臂板和连续板的支座负弯矩区段应配置纵向受拉钢筋，其计算与一般钢筋混凝土板相同，但要考虑截面中由于压型钢板有波槽在受压区所形成的缺口。受压区钢板的受压屈曲，计算时忽略不计。,二.压型钢板-混凝土组合板的构造要求,组合板在钢梁上的支承长度不应小于75mm，其中，压型钢板的支承长度不小于50mm，（图 (a),(c)）。支承于混凝土构件上时，组合板的支承长度不应小于100mm，压型钢板的
8、支承长度不应小于75mm（图 (b),(d)）。连续板或搭接板在钢梁上的最小支承长度为75mm，支承于混凝土构件上时则为100mm（图 (e),(f)）。,压型钢板与钢梁的连接采用圆柱头栓钉，栓钉穿透压型钢板或将钢板端部肋压平后焊接于钢梁上（图）。栓钉直径一般为：板跨度l3m时，取13-16mm；板跨l=3-6m时，取16-19mm。栓钉应高出压型钢板上翼缘35mm以上。组合板中，栓钉仅作为压型钢板与混凝土交界面上的抗剪能力储备，不必计算。,组合板端部的连接,压型钢板与混凝土梁。图(a)：在压型钢板端部打孔，把钢筋插入预留孔水泥浆中、或在压型钢板上用栓钉连接件将其固定在梁上；图(b)：从梁内伸
9、出锚固钢筋与现浇混凝土接合在一起；图(c)：在压型钢板端部冲出许多鱼尾状条并拧成麻花状，浇筑在混凝土中。以上做法都能增强板的组合效果。,1.局部荷载作用的有效分布宽度 可认为组合板上的集中荷载以45的锥体从板面向板底传递，其分布宽度可按下式计算：,三. 组合板的计算,2. 水平剪力的传递形式 依靠压型钢板的纵向波槽； 依靠压型钢板上的压痕、小洞或冲成的孔眼； 依靠压型钢板上焊接的横向钢筋； 设置于端部的锚固件，其中端部锚固件要求在任何情形下都应当设置。,3. 组合楼板的设计,楼板分类：组合板和非组合板 组合楼板的设计不仅要考虑使用荷载，亦要考虑施工阶段荷载作用。如果压型钢板的跨中挠度w0大于2
10、0mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效应，在全跨增加混凝土厚度0.7w0，或增设临时支撑。 施工阶段 验算压型钢板进行强度和变形验算 永久荷载包括压型钢板、钢筋和混凝土的自重；可变荷载包括施工荷载和附加荷载。当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵的荷载时，应增加附加荷载。 验算采用弹性方法，单向板,使用阶段 非组合板：压型钢板仅作为模板使用，不考虑其承载作用，可按常规钢筋混凝土楼板设计。无须防火。 组合板 荷载：永久荷载和使用阶段的可变荷载 验算内容：强度和变形 变形验算的力学模型：单向弯曲简支板 承载力验算的力学模型 ： 按压型钢板上混凝土的厚薄确定计算模型 验算包括：正截面抗弯承载力、抗冲剪承载
11、力和斜截面抗剪承载力,适筋板和超筋板。随弯矩的增大，组合板中压型钢板从受拉边开始屈服，并发展到整个高度，然后受压边缘混凝土达到极限压应变而压碎破坏，这种板为适筋板。当板厚相对较小、含钢率较大时，受压区混凝土将先于钢板屈服而达到极限压应变，压碎破坏，这种板为超筋板。有时超筋板难以避免，因为压型钢板的面积和尺寸选择还取决于施工阶段的受力情况。,相对界限受压区高度和界限配筋率为：,正截面抗弯承载力验算 适筋板的受弯承载力按下式计算：,超筋板的受弯承载力计算较为复杂，一方面是由于压型钢板中的应力随截面高度是变化的，另一方面还要考虑施工阶段是否受截。为简化起见，其受弯承载力可偏于安全地取界限破坏时的受弯
12、承载力：,式中 x 组合板受压区高度，x=Apf / fcmb，当x0.55h0时，取 0.55h0， h0为组合板有效高度； 系数0.8相当于将压型钢板钢材的抗拉强度设计值和混凝土弯曲抗压强度设计值乘以折减系数0.8，考虑到起受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及中和轴附近材料强度发挥不充分等因素。,抗冲剪承载力验算 组合板在集中荷载下的冲切力V1，应满足 Fl0.7ftumhc um 临界周界长度,斜截面抗剪承载力验算 组合板斜截面最大剪力设计值Vu应当满足:,变形验算 按弹性方法进行组合板的变形验算。挠度值应分别按荷载效应标准组合、荷载效应准永久组合计算，其中的较大值不应超过规定的挠度限值，即,谢 谢,