型钢溷凝土组合结构.ppt

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1、1,第一节 一般要求和结构的整体作用,钢与混凝土两种材料的组合体 型钢 纵向钢筋和箍筋 混凝土 从受力性能而言，其基本属于钢筋混凝土结构的范畴,2,第一节 一般要求和结构的整体作用,优点： 1）含钢率不受限制，承载力高，刚度大 可以减小构件截面，增加建筑物使用面积和楼层高度； 与钢结构框架相比，节省钢材50 2）结构可以二次受力 施工阶段的第一阶段荷载 与硬化混凝土共同承担使用荷载 可以有效减小梁的变形和裂缝宽度。,3,第一节 一般要求和结构的整体作用,优点： 3）显著加快施工速度 可平行流水施工 4）结构延性与耗能能力较好 以实腹柱为最好 5）与钢结构相比，其耐久性和抗火性能较好。 可以单独

2、使用，也可以与钢筋混凝土或钢结构组合使用,4,第一节 一般要求和结构的整体作用,关键技术： 1）与不同结构材料的连接节点 2）避免沿高度因结构类型改变引起的承载力和刚度突变 应重视过渡层的设计,5,第一节 一般要求和结构的整体作用,3、型钢与混凝土共同作用 配置充满型实腹型钢 当梁上翼缘处于截面受压区，且配置一定的构造钢筋时，型钢与混凝土能保持较好的共同工作，截面应变分布基本上符合平截面假定,6,第一节 一般要求和结构的整体作用,3、型钢与混凝土共同作用 抗剪连接件 当钢梁全截面受拉且未在钢梁上翼缘配置抗剪连接件，则当截面拉应力较大时，型钢上翼缘与混凝土交界面处的较大剪力将使交界面发生粘结破坏

3、，出现纵向裂缝。,7,第一节 一般要求和结构的整体作用,3、型钢与混凝土共同作用 配置必要的纵筋和箍筋 箍筋除了增强截面抗剪承载力外，约束核心混凝土的作用尤为突出，能够增强构件塑性铰区的变形能力和耗能能力，是保证混凝土和型钢、纵向钢筋共同工作的重要因素（防止保护层在破坏阶段时严重剥落）,8,9,型钢混凝土的粘结滑移,混凝土,型钢,自然粘结作用,连接作用,化学胶结力,化学胶结力,摩擦阻力,摩擦阻力,机械咬合力,连接材料,连接材料,剪切连接件,型 钢 混 凝 土 构 件,型 钢 混 凝 土 结 构,型钢混凝土的粘结滑移,型钢混凝土的粘结滑移,10,由于型钢混凝土之间的粘结作用，型钢才能与混凝土共同

4、工作、共同承担荷载，组合成为一种真正的“组合”结构。 试验研究结果表明，未设置剪力连接件的构件，在荷载约达到极限荷载的80%前，型钢与混凝土基本上能共同工作，在80%极限荷载以后，二者间有较大的相对滑移产生，变形不能协调一致。,11,型钢混凝土组合结构的一般要求,一般要求 型钢混凝土组合结构的混凝土强度等级不宜低于C30。纵向受力钢筋直径不宜小于16mm，与型钢的净间距不宜小于30mm。箍筋应做成封闭箍筋。而且混凝土保护层最小厚度应符合混凝土结构设计规范。 型钢混凝土构件中的型钢钢板厚度不宜小于6mm。而且为保证型钢和混凝土的共同作用需设置抗剪连接件。,12,型钢混凝土组合结构的一般要求,截面

5、形式和构造 截面形式有矩形、T形等。 构造要求 （1）截面宽度不宜小于300mm，截面高宽比不宜大于4. （2）梁中纵向受拉钢筋不宜超过两排，如需超过两排，施工上应采取分层浇筑等措施，以保证梁底混凝土的密实。,13,型钢混凝土组合结构的一般要求,截面形式和构造 （3）梁的截面高度大于或等于500mm时，应在梁的两侧沿高度方向每隔200mm设置一根纵向附加钢筋。 （4）在梁支座处和上翼缘承受较大固定集中荷载处，应于型钢腹板两侧对称设置支撑加劲肋，以利于承受剪力。 （5）梁中箍筋的配置应符合混凝土结构设计规范的规定。,14,型钢混凝土组合结构的一般要求,截面形式和构造 （6）在转换层大梁或托柱梁等

6、主要承受竖向重力荷载的梁中，梁端部型钢上翼缘宜增设栓钉抗剪连接件。 （7）型钢混凝土框架梁中配置桁架式型钢，桁架压杆的长细比宜小于120. （8）开孔型钢混凝土框架梁中的孔位宜设置在剪力较小截面附近，且宜采用圆形。,15,第二节 型钢混凝土框架梁,1、截面形式和构造 2、正截面受弯承载力 3、斜截面受剪承载力 4、变形和裂缝宽度验算,16,第二节 型钢混凝土框架梁,1、截面形式和构造 1.2 构造要求： 1）截面尺寸，相应的配筋要求； 2）保证刚度的措施； 3）转换层设计要求； 4）保证“强剪弱弯”； 5）其他特殊要求；,17,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性

7、能： oa段：受拉混凝土未开裂，型钢和混凝土的应力均较小，Pf关系为直线，截面受力处于弹性阶段。,18,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： ab段：达到a点，梁受拉区开始出现裂缝，随荷载的增加，裂缝不断发展并逐渐趋于稳定，梁开裂后的截面刚度虽然有所减小，但其减小程度比钢筋混凝土梁小，钢截面刚度大，型钢与钢筋仍处于弹性状态。,19,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： bc段：随着荷载增加，受力钢筋和型钢受拉翼缘先后达到屈服，截面刚度有较大降低，型钢腹板有一个自下而上逐渐进入屈服状态。,20,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截

8、面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： cd段：在c点，荷载达到最大值，受压区混凝土压碎，保护层剥落的范围和程度都比钢筋混凝土梁大，梁的受弯承载力也随之降低。,21,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： de段：这一段梁的承载力主要依靠型钢维持，变形可以持续发展很长一段时间，延性性能比钢筋混凝土梁优越。,22,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： 在最大承载力之前，梁中型钢截面的应变分布与外包混凝土截面的应变分布基本协调一致，中和轴重合，且接近于直线分布，表明型钢与外包混凝土的粘结作用在最大荷载之前一般不会被破坏。仍可以假定梁截

9、面中型钢与混凝土的应变符合平截面假定。,23,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： 当型钢偏置于截面受拉区时，型钢上翼缘与混凝土的交界面处可能发生相对滑移，导致型钢和混凝土不能共同工作，接近破坏时交界面附近将产生较大的纵向裂缝，混凝土压碎高度较大，延性较差，所以应在型钢上翼缘设置足够数量的抗剪连接件。设置足够的抗剪连接件后，受力过程中基本上符合平截面假定，破坏时型钢上翼缘与混凝土的交界面并无明显纵向裂缝。,24,25,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.1 梁的受弯性能： 完全粘结梁： 充满型型钢混凝土梁以及型钢虽然偏置在截面受拉区、但设置了足

10、够数量抗剪连接件的梁 非完全粘结梁： 型钢偏置在截面受拉区而未设置抗剪连接件的梁 设计中应避免采用非完全粘结梁,26,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.2 受弯承载力计算的简化叠加法： 1）一般叠加方法： 型钢混凝土梁的受弯承载力由型钢截面承担的受弯承载力Ma和钢筋混凝土部分承担的受弯承载力MRC叠加，取Ma MRC最大值 该叠加法是根据塑性理论下限定理建立的，没有考虑型钢和混凝土的共同工作，而且直接应用较为困难。 对于对称截面，可采用简化叠加方法。,27,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.2 受弯承载力计算的简化叠加法： 2）以平截面假定为基础的计算方法：

11、 型钢混凝土梁从开始承受荷载直到破坏其正截面应变符合平截面假定，承载力可采用混凝土结构的计算方法；,28,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.2 受弯承载力计算的简化叠加法： 3）采用钢筋混凝土的矩形应力图方法： 取受压区混凝土的应力分布为等效矩形应力图，型钢的应力图按全塑性假定简化为双矩形应力图，同时又考虑到其误差，计算中型钢的设计强度乘以折减系数（0.9）。,29,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.2 受弯承载力计算的简化叠加法： 简化叠加法可用于型钢对称配置的梁截面 非抗震设计 抗震设计 型钢截面的受弯承载力计算,30,31,第二节 型钢混凝土框架梁,2

12、、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （1）基本假定： 1）截面应变分布符合平截面假定，型钢与混凝土之间无相对滑移； 2）不考虑混凝土抗拉强度； 3）取受压边缘混凝土极限压应变0.003，相应的最大压应力取混凝土轴心受压强度设计值 4）型钢腹板的应力图取为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等效矩形应力。,32,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （1）基本假定： 5）钢筋应力等于其应变与弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值,33,型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构及钢结构设计不同，往往不是根据内力计算出钢筋面积或型钢面积

13、，然后选择配筋或型钢的大小，而是梁断面确定后，先配置型钢，然后验算其承载能力是否满足。对于配钢的形式与型钢的尺寸应当尽量优化，在保证安全的前提下，尽量配得构件受力合理（尤其是型钢）而且经济，这就需要丰富的设计经验以及工程界人士进一步深入研究。,34,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （2）正截面受弯承载力： 把型钢翼缘作为纵向受力钢筋考虑，破坏时上、下翼缘达到屈服强度fa和fa,型钢混凝土梁正截面计算时，根据中和轴位置不同分： 在型钢腹板中通过；不通过型钢；中和轴恰好在型钢受压翼缘中通过。 1)情况可以作为判别其他两种情况的界限，其应力如图

14、所示。,35,36,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （2）正截面受弯承载力： 非抗震设计,37,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （2）正截面受弯承载力： 抗震设计,38,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （2）正截面受弯承载力： 当,39,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （2）正截面受弯承载力： 型钢腹板上端处于受压区 型钢腹板下端处于受拉区 符合此种情况的破坏，即适筋梁破坏

15、,40,第二节 型钢混凝土框架梁,2、正截面受弯承载力 2.3 以平截面假定为基础的计算方法： （2）正截面受弯承载力： 截面界限相对受压区高度,41,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.1 1）型钢截面受弯承载力 2）钢筋混凝土部分的弯矩设计值 3）设采用两排四根纵向钢筋，则,42,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.1 4） 混凝土截面抵抗系数,43,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2 1） 不考虑受压钢筋 混凝土强度等级C30，11.0 10.8,44,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2 由平衡方程,45,第二节 型钢混凝土框架梁,例3.2.2,由平衡方程,46,第二节 型钢混凝

16、土框架梁,例3.2.2 按构造要求：选用416（As804mm2）,基于平截面假定的计算方法计算较为繁复，但能较好 反映钢材和混凝土的共同作用。简单叠加法计算简单， 但偏于保守,47,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 破坏形态主要有三种类型：,48,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 破坏形态主要有三种类型： （1）斜压破坏 剪跨比1.0，以及1.01.5 且含钢率较大的情况,49,50,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 破坏形态主要有三种类型： （2）

17、剪压破坏 剪跨比1.5且含钢率较小的情况 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,51,52,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 破坏形态主要有三种类型： （3）剪切粘结破坏 不配箍筋或箍筋很少、且剪跨比较大的情况 型钢与混凝土的粘结力极易丧失，传递剪力的能力降低，于是在型钢翼缘外侧的混凝土中产生应力集中 在型钢翼缘附加产生劈裂裂缝，沿型钢翼缘水平方向发展，导致保护层脱落,53,54,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 型钢混凝土与钢筋混凝土梁的受剪性能： （1）斜裂缝出现时。实腹式型

18、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。 （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。,55,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 型钢混凝土与钢筋混凝土梁的受剪性能： （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。,56,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.1 斜截面受剪性能和破坏形态 型钢混凝土与

19、钢筋混凝土梁的受剪性能： （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。,57,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.2 影响斜截面受剪性能的因素 （1）剪跨比 集中荷载作用下，剪跨比反映了梁中弯、剪应力之比 剪跨比较小时，剪跨段内正应力较小，剪应力起控制作用。型钢腹板在近似纯剪应力状态下达到屈服强度，混凝土短柱发生剪切斜压破坏。 剪跨比较大（1.52.5），剪跨段内正应力较大 剪压破坏 剪切粘结破坏,58,59,第二节 型钢混凝土框

20、架梁,3、斜截面受剪承载力 3.2 影响斜截面受剪性能的因素 （1）剪跨比 剪跨比（2.5）时，梁的承载力往往由弯曲应力控制，一般发生弯曲破坏 型钢混凝土梁不会发生斜拉破坏，型钢腹板可以有效阻止斜拉裂缝的产生。 均布荷载下，型钢混凝土梁的斜裂缝靠近支座，型钢腹板中正应力相对较小，承载力主要由剪应力控制，型钢腹板的受力基本上接近纯剪。,60,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.2 影响斜截面受剪性能的因素 （2）型钢腹板含钢率 含钢率：Aw/bh0 由于型钢腹板的刚度较大，斜裂缝出现前，其剪应变与混凝土的基本一致。斜裂缝出现后，由于型钢对腹部的混凝土有约束作用，梁的抗剪刚度降低不

21、多； 型钢腹板屈服后，对混凝土的约束丧失，梁的抗剪刚度降低较快，变形增大。但其极限变形远大于混凝土梁，表现出较好的延性性能。,61,62,63,64,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.2 影响斜截面受剪性能的因素 （3）配箍率 配箍率：svAsv/bs 裂缝出现前，箍筋的应力很小，基本不起作用； 设计合理的适筋梁，剪压破坏时，箍筋基本屈服； 箍筋的约束作用还能有效防止型钢翼缘与混凝土交界面的剪切破坏,65,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.2 影响斜截面受剪性能的因素 （4）型钢翼缘宽度与梁宽度比bf /b 型钢翼缘对梁腹部混凝土具有约束作用，能提高梁的承载

22、力和变形能力； 但是，如果比值过大，使梁侧混凝土保护层厚度过小，容易产生剪切粘结破坏,66,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.2 影响斜截面受剪性能的因素 （5）混凝土强度等级 一般，混凝土部分受剪承载力随混凝土强度提高而提高； 剪跨比一定时，抗剪承载力随混凝土强度提高 剪跨比较小时，增长率较大 剪跨比较大时，增长率较小,67,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.3 斜截面受剪承载力计算 1）将腹板看作连续分布的箍筋，采用混凝土梁的计算方法 含钢量小时，基本符合实际 2）剪力分配计算方法 荷载的反复作用型钢与混凝土之间的粘结作用丧失，剪力由型钢部分和钢筋混凝土

23、部分一起承担 计算较复杂，不易准确,68,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.3 斜截面受剪承载力计算 3）叠加方法 用型钢部分与钢筋混凝土部分受剪承载力之和作为型钢混凝土构件的受剪承载力 我国采用此种方法,69,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.3 斜截面受剪承载力计算 （1）计算公式 型钢混凝土梁在斜截面受剪的过程中，型钢腹板先屈服，而后斜压短柱（斜压破坏）或剪压区（剪压破坏）混凝土被压碎而达到极限状态，同时箍筋屈服。 斜截面受剪承载力计算公式可采用箍筋混凝土部分Vac和型钢部分Va叠加：,70,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.3 斜截

24、面受剪承载力计算 （1）计算公式 VRC由混凝土部分受剪承载力Vc、斜裂缝相交的箍筋承担的剪力Vsv叠加：,71,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.3 斜截面受剪承载力计算 （1）计算公式 型钢受剪承载力，由型钢腹板受剪承载力VRC提供，一般假定型钢全截面受剪：,72,第二节 型钢混凝土框架梁,3、斜截面受剪承载力 3.3 斜截面受剪承载力计算 （1）计算公式 非抗震设计： 抗震设计：,73,74,75,76,77,第二节 型钢混凝土框架梁,例某钢骨混凝土简支梁，计算跨度l=5m，承受均布荷载，其中恒载设计值g=12 kN/ m，活载设计值q=14 kN/ m，梁的截面尺寸b

25、h=250500mm，as=35mm，钢梁中型钢的腹板厚度为8mm，腹板的高度214mm，型钢和纵筋均为级钢，fay=fy=210N/ mm2，混凝土强度等级为C25，fc=11.9N/ mm2，试验算此梁斜截面抗剪承载力.,78,第二节 型钢混凝土框架梁,解,79,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.1 柱的受力性能和破坏形态 三种破坏形式： 偏心2.0，纵向钢筋屈服，型钢截面也进入屈服，表现为受拉破坏特征； 偏心0.19，受拉钢筋并未屈服，表现为受压破坏； 偏心0.68，接近界限破坏；,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

26、坏),80,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.1 柱的受力性能和破坏形态 （1）受拉破坏 受拉区横向裂缝出现较早，但因型钢抗弯刚度较大，开裂对截面刚度影响不大 随着荷载的增加，受拉区型钢腹板逐渐进入屈服，破坏过程缓慢平稳，荷载仍可继续增加； 最后，荷载仍可维持较长时间，变形能力很大。,81,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.1 柱的受力性能和破坏形态 （2）受压破坏 受拉区横向裂缝出现较晚，受拉钢筋和型钢受拉翼缘应力发展较慢，型钢受压翼缘和混凝土的压应力则发展较快 达到最大承载力时受拉钢筋没有屈服 破坏时，受压侧型钢翼缘位置沿柱长方向的保护层混凝土出现粘结裂

27、缝，并随混凝土的压碎整体向外凸出，纵向裂缝向上、下延伸迅速发展，承载力很快衰减,82,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.1 柱的受力性能和破坏形态 （3）界限破坏 型钢混凝土柱没有典型的界限破坏 一般以型钢受拉翼缘受拉屈服与受压边缘混凝土极限压应变同时发生的情况定义为型钢混凝土柱的界限破坏。,83,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.1 柱的受力性能和破坏形态 无论哪种破坏，过了最大荷载点后，由于受压区保护层混凝土被压碎而推出工作，截面弯矩由一较快的衰减过程； 此后，型钢以及受型钢翼缘和箍筋约束的混凝土部分仍具有一定的承载力,与钢筋混凝土构件不同,84,第三节

28、 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 一般叠加方法 不便设计应用,85,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 简化叠加方法原理： 配置型钢后截面承载力不足的部分由钢筋混凝土截面承担，或反之钢筋混凝土截面承载力不足的部分由型钢截面承担； 简化叠加方法计算： 先设定型钢（或钢筋）面积，然后，按以下两种情况计算钢筋混凝土部分或型钢所承受的轴力和弯矩设计值，取钢材截面较小者为计算结果 轴力为压力取正号，为拉力时取负号,86,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏

29、心受压承载力 （1）第一种情况： 当 型钢截面仅承受弯矩，钢筋混凝土部分的轴力和弯矩设计值： 当 钢筋混凝土部分仅承受轴力，型钢截面的轴力和弯矩设计值：,87,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 （1）第一种情况： 当 钢筋混凝土部分仅承受轴向拉力，型钢截面的轴力和弯矩设计值：,88,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 （2）第二种情况： 当 钢筋混凝土部分仅承受弯矩，型钢截面的轴力和弯矩设计值：,89,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心

30、受压承载力 （2）第二种情况： 当 型钢截面仅承受轴向压力，钢筋混凝土部分的轴力和弯矩设计值：,90,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 （2）第二种情况： 当 型钢截面仅承受轴向拉力，钢筋混凝土部分的轴力和弯矩设计值：,91,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 柱中型钢截面的承载力计算 型钢截面的轴心受压承载力： 型钢截面的轴心受拉承载力： 型钢截面的轴心受纯弯承载力：,92,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 柱中型钢截面的

31、承载力计算 在轴力和弯矩作用下，型钢截面的偏心受拉（压）承载力,93,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.2 简单叠加法计算正截面偏心受压承载力 柱中钢筋混凝土部分的承载力计算 钢筋混凝土部分的轴心受压承载力： 钢筋混凝土部分的轴心受拉承载力： 轴力和弯矩作用下，钢筋混凝土承载力应按规范要求计算。,94,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 正截面承载力计算可采用型钢混凝土梁相同的方法，即以应变平截面假定为基础的简化计算方法 采用平截面假定，需进行数值计算，很能直接应用于工程设计 因此，应采用简化计算方法,95,第三节 型钢混凝土

32、框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 （1）偏心距增大系数和初始偏心距ei 型钢混凝土偏心受压柱在弯曲平面内的侧向弯曲增大了控制截面的偏心距，导致柱的承载力降低 偏心距相同时，柱长度越大，柱侧向挠度越大 偏心距越小，柱长度的增加对柱侧向挠度和承载力的影响也增大。,96,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 侧向挠度 f 计算（控制截面的截面曲率） 偏心距增大系数 还可以采用钢筋混凝土柱的偏心距增大系数计算方法,97,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 （2）偏心受压承

33、载力计算,98,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 （2）偏心受压承载力计算 非抗震设计 其他同型钢混凝土梁计算P67,99,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 （2）偏心受压承载力计算 按平截面假定，型钢混凝土柱截面受压界限破坏时的相对受压高度： 当混凝土等级不超过C50，10.8；C80， 10.74,100,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 （2）偏心受压承载力计算 柱截面受拉边或受压较小边的纵向钢筋应力和型钢翼缘应力取值： 当 为大偏心

34、受压构件 当 为小偏心受压构件,101,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 （3）框架柱内力设计值 1）非抗震设计 按荷载效应基本组合的最不利值计算 2）抗震设计 考虑地震作用组合的框架柱的节点上、下端截面内力设计值计算,102,第三节 型钢混凝土框架柱,3、正截面受压承载力 3.3 基于平截面假定的简化计算方法 2）抗震设计 A、节点上下柱端的弯矩设计值 一级抗震等级 二级抗震等级,103,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.1,104,第三节 型钢混凝土框架柱,解 1、型钢截面承载力 2、钢筋混凝土部分 先假定每侧配置6根纵向钢筋,105,

35、第三节 型钢混凝土框架柱,解 （1）计算偏心距 纵向压力至截面重心的偏心距 附加偏心距 初始偏心距,属于小偏心受压,106,第三节 型钢混凝土框架柱,解 （2）纵向钢筋,107,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2 采用基于平截面假定的简化方法求其极限弯矩 （1）求型钢混凝土截面受压界限破坏时的相对受压高度,108,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2 采用基于平截面假定的简化方法求其极限弯矩 （1）求型钢混凝土截面受压界限破坏时的相对受压高度,109,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2 （2）求型钢下翼缘与下部受拉钢筋的合力点（距柱截面下边缘距离，采用力的平衡） （3）截面有效高度,

36、110,第三节 型钢混凝土框架柱,例3.3.2,111,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力 其对结构抗震能力由重要的影响 4.1、框架柱的受剪破坏形态： 剪切斜压破坏 剪跨比小于1.5的框架柱 混凝土沿对角线方向分成若干斜压小柱体 剪切粘结破坏 剪跨比在1.52.5之间的实腹式型钢柱 除柱端产生斜裂缝，沿柱全长在型钢翼缘处还发生连续分布的短小斜裂缝（型钢翼缘与混凝土之间的粘结破坏引起的）,112,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力 4.1、框架柱的受剪破坏形态： 注意：由于柱上作用较大的轴向力，其斜截面受剪性能与梁不同： 轴压力有利于抑制斜裂缝的出现和开展，并提高极限受

37、剪承载力 当轴压比小于0.5，柱的斜截面受剪承载力基本上随轴压力的增加呈线性增加 轴向压力较大时，易出现剪切粘结破坏；轴向力很大时，柱的承载力将受压破坏 由于实腹式型钢的作用，混凝土很难形成主斜裂缝，破坏过程比钢筋混凝土较为缓慢,113,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力 4.2、反复荷载下框架柱的性能： 滞回曲线： 纺锤形、滞回环饱满，表明构件延性性能和耗能性能较好 实腹式型钢混凝土框架柱要好于格构式型钢混凝土框架柱和钢筋混凝土框架柱,114,第三节 型钢混凝土框架柱,4、斜截面受剪承载力 4.3、斜截面受剪承载力计算： （1）计算公式 根据试验研究，可认为型钢混凝土柱的斜截面受

38、剪承载力由钢筋混凝土和型钢两部分的承载力组成，同时要计入轴压力的有利影响,115,第三节 型钢混凝土框架柱,4.3、斜截面受剪承载力计算： （1）计算公式 非抗震设计 抗震设计,116,第三节 型钢混凝土框架柱,4.3、斜截面受剪承载力计算： （2）剪力设计值 非抗震设计 按荷载效应基本组合的最不利值计算 抗震设计 一级抗震等级,117,第三节 型钢混凝土框架柱,4.3、斜截面受剪承载力计算： （3）截面限值条件 柱的受剪截面限制条件与梁相同 非抗震设计 抗震设计,118,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造,119,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 节点为梁柱的重叠区域，是保证结

39、构承载力和刚度的重要部位； 连接形式： 型钢混凝土柱与型钢混凝土梁 型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁 型钢混凝土柱与钢梁 连接要求： 构造简单 传力明确 便于混凝土的浇捣和配筋,120,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 三种连接形式中，柱内型钢宜贯通 沿高度方向，在型钢柱对应于型钢梁的上下翼缘处或钢筋混凝土梁的上下边缘处设置水平加劲肋 加劲肋形式宜便于混凝土浇筑，水平加劲肋应与梁端型钢翼缘等厚，且其厚度不宜小于12mm,121,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁或型钢混凝土梁的连接节点应采用刚性连接构造； 梁的纵向钢筋应伸入柱节点，且应满足钢筋锚固要求； 各

40、种连接中，柱内型钢截面形式和纵向钢筋的配置应便于梁纵向钢筋贯穿节点，尽可能减少纵向钢筋穿过柱型钢的数量，且不宜穿过型钢翼缘，因为在有梁约束的节点区，柱型钢的承载能力较大。,122,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 梁纵向钢筋也不应与柱内型钢直接焊接连接,123,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 牛腿连接形式： 设置牛腿易产生高度突变，使混凝土挤压破坏，所以宜把牛腿设计成变截面 牛腿柱在吊装时不便 当采用牛腿柱时，高度不宜小于0.7h，梁纵向钢筋中一部分钢筋可与钢牛腿搭接或焊接，接头长度应满足内力传递的要求 搭接时，钢牛腿上下翼缘应设置两排栓钉，间距不应小于100mm 从梁端至牛

41、腿端部以外1.5倍梁高范围内，箍筋应予加密，且满足规范要求,124,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁或钢梁连接 柱内型钢与梁内型钢或钢梁的连接也应采用刚性连接 梁内型钢翼缘与柱内型钢翼缘应采用全熔透焊缝连接，梁腹板与柱宜采用摩擦型高强螺栓连接，悬臂梁段与柱应采用全焊接连接,125,第四节 框架梁柱节点,1、连接形式与构造 在跨度较大的框架结构中，当采用型钢混凝土梁和钢筋混凝土柱时，梁内的型钢应伸入柱内，且应采取可靠的支承和锚固措施，保证型钢混凝土梁端承受的内力向柱中传递,126,第四节 框架梁柱节点,2、节点核心区的受力性能 水平荷载作用下，多层多跨框架梁柱

42、节点核心区的受力,127,第四节 框架梁柱节点,2、节点核心区的受力性能 开始受荷载后，节点区处于弹性阶段，型钢腹板、混凝土的剪切变形基本一致； 当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，沿节点区对角线方向形成斜裂缝，但此时的剪切应变很小，节点剪力主要由型钢腹板和混凝土承担 随着荷载增加，核心区斜裂缝不断增多并加宽，剪切变形增大。主斜裂缝一旦形成，沿核心区对角线基本上贯通，型钢腹板开始屈服。,128,第四节 框架梁柱节点,2、节点核心区的受力性能 此时，部分箍筋尚未屈服，节点区型钢翼缘边框的应变很小，对核心区混凝土仍有较强的约束 即使在型钢腹板屈服后，由于箍筋和型钢翼缘的约束，核心区混凝土仍能承受一定的

43、剪力，而且因型钢腹板屈服后进入强化阶段以及斜裂缝间混凝土骨料的咬合作用合摩擦力，节点承载力还能有所提高，但核心区剪切变形明显增大 型钢混凝土节点具有相当的延性,129,第四节 框架梁柱节点,2、节点核心区的受力性能 反复荷载作用下的滞回曲线,130,第四节 框架梁柱节点,3、节点承载力计算 抗震设防型钢混凝土框架节点设计，应保证在梁端出现塑性铰后不发生剪切脆性破坏； 梁柱节点的剪力设计值需要调整： 一级抗震等级，采用考虑梁端实配型钢合钢筋、材料强度标准值所对应的弯矩值的平衡剪力乘以增大系数； 二级抗震等级，采用梁端弯矩设计值的平衡剪力乘以增大系数；,131,第四节 框架梁柱节点,3.1 型钢混

44、凝土框架梁柱节点剪力设计值Vj （1）型钢混凝土柱与型钢混凝土梁或钢筋混凝土梁连接的梁柱节点 1）一级抗震等级 顶层中间节点 其他层中间节点合端节点,132,第四节 框架梁柱节点,3.1 型钢混凝土框架梁柱节点剪力设计值Vj （1）型钢混凝土柱与型钢混凝土梁或钢筋混凝土梁连接的梁柱节点 2）二级抗震等级 顶层中间节点 其他层中间节点合端节点,133,第四节 框架梁柱节点,3.1 型钢混凝土框架梁柱节点剪力设计值Vj （2）型钢混凝土柱与钢梁连接的梁柱节点 1）一级抗震等级 顶层中间节点 其他层中间节点合端节点,134,第四节 框架梁柱节点,3.1 型钢混凝土框架梁柱节点剪力设计值Vj （2）型

45、钢混凝土柱与钢梁连接的梁柱节点 2）二级抗震等级 顶层中间节点 其他层中间节点合端节点,135,第四节 框架梁柱节点,3.2 框架节点水平受剪截面限值条件 为防止混凝土截面过小，以致节点核心区混凝土承受过大的斜压应力，使节点混凝土被压碎,136,第四节 框架梁柱节点,3.3 一、二级抗震等级框架节点的受剪承载力 其受剪承载力可由混凝土、箍筋和型钢三部分组成 由于型钢的约束作用，混凝土承担的受剪承载力较大； 混凝土部分的受剪机理，可视为斜压杆受力，该斜压杆截面面积随柱端轴向压力的增加而增大，但轴向压力的有利作用是有限的 对于一级抗震等级结构，由于在大震情况下柱轴向压力的可能减小，甚至于出现受拉情况，为安全起见不考虑轴压力有利影响,