钢-混凝土组合梁.ppt

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1、1,钢混凝土组合结构,土木工程专业本科课程教学,主 讲： 周 天 华,2013.11,（第3-混凝土组合梁）,2,组合梁的分类、形式,梁,钢包混凝土,混凝土包钢型钢混凝土,拉区钢 压区混凝土,类型1,类型2,类型3,本章内容,3,组合梁的分类、形式,梁,拉区钢 压区混凝土,类型1,4,1. 完全组合梁本课程主要学习的重点内容,按受力形式分类,2. 非组合梁实际不是组合梁，工程中应用少。,3. 部分组合梁了解,5,高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98 弹性设计； 塑性设计。,依据规范：,钢结构设计规范 GB500172003 仅有塑性设计。,6,钢混凝土组合梁设计内容,重点掌握完全抗剪

2、连接组合梁的设计方法；,设计内容,弹性方法,塑性方法,钢梁,压区砼换算为钢,施工阶段,使用阶段,有无支撑,？,短期,长期,抗弯 抗剪 折算应力 连接件 挠度 稳定 裂缝,截面砼和钢均达设计强度,7,通过剪力连接件将混凝土板与钢梁连接成整体，形成钢与混凝土组合梁。在这种组合梁中，混凝土与钢梁共同受力，协调变形。这种组合梁能够充分的利用钢材所具有的抗拉性能和混凝土所具有的抗压性能，从而使这两种不同性能的材料得到合理的利用。,3.1 概 述,8,钢与混凝土组合梁截面由钢梁、翼板(或加板托）和抗剪连接件等组成，见图3.1.1。,3.1.1 钢-混凝土组合梁的组成,9,10,（1）现浇钢筋混凝土翼缘板，

3、见图3.1.2,1、翼缘板,11,（2）预制钢筋混凝土翼缘板，见图3.1.3,12,（3）压型钢板翼缘板（见图3.1.4）,13,组合梁中的钢梁截面一般有以下几种： （1）工字钢梁 （2）箱形钢梁 （3）轻钢桁架及普通钢桁架梁 （4）蜂窝式梁,2、钢梁,14,15,为了保证板与钢梁上下结构有效的共同工作，必须在交界面上设置抗剪连接件。抗剪连结件的形状应保证既能保证抗剪滑移又能抵抗掀起力的作用。,3 、抗剪连接件,16,钢与混凝土组合梁抗剪连接件种类及示意图,17,由混凝土翼缘板与钢梁组成的组合梁，若两者交界面上之间无连接措施时，则在竖向荷载作用下，混凝土翼缘板截面和钢梁的弯曲相互独立，见图3.

4、1.7各自有中和轴。若忽略交界面上的摩擦力，交界面上仅有竖向压力，二者必然发生相对水平滑移错动。所以，其受弯承载力为混凝土板截面受弯承载力和钢梁截面受弯承载力之和。这种梁成为非组合梁。,3.1.2 组合梁工作的基本原理,非组合梁,18,3.1.2 组合梁工作的基本原理,非组合梁,19,若在钢梁的上翼缘设置足够的抗剪连接件并深入混凝土板形成整体，则可阻止混凝土板与钢梁之间产生的相对滑移，使二者的弯曲变形协调，共同承担荷载作用，即形成组合梁。 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，钢梁主要承受拉力。,3.1.2 组合梁工作的基本原理,组合梁,20,3.1.2 组合梁工作的基

5、本原理,组合梁,本课程重点学习组合梁,21,组合梁截面分析方法有弹性理论方法和考虑截面塑性变形发展的塑性理论计算方法。 1、弹性理论计算方法 弹性理论计算方法就是材料力学方法。这种计算方法适合组合梁构件的施工阶段计算。 2、塑性理论计算方法 塑性理论计算方法适用与计算承受静力荷载或间接动力荷载作用下的组合梁截面计算。计算时考虑构件截面上的应力重分布。,3.1.3 组合梁截面分析方法,22,3.1.4 组合梁的施工方法,组合梁的施工方法主要有以下两种：,1. 施工阶段组合梁下不设临时支撑 对施工阶段不设临时支撑的组合梁，计算分析时应按两阶段考虑： （1）在施工阶段，即混凝土板的强度达到75%以前

6、，钢梁的自重、混凝土板的自重和施工活荷载由钢梁承受，并按钢结构设计规范规定的方法计算； （2）在使用阶段，即当混凝土板的强度达到75%的设计强度后，用弹性理论计算承载力时，使用荷载和第二阶段增加的恒载由组合截面承受。用塑性理论方法计算时，则全部荷载由组合梁承受。,23,3.1.4 组合梁的施工方法,2. 施工阶段组合梁下设临时支撑 施工阶段在组合梁下设置临时支撑，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小来确定，当跨度L大于7m时，支撑不应少于3个，当跨度L小于7m时，可设置12个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，组合梁不必进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，全部荷载均由组

7、合梁承受。设置临时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁与混凝土板之间的相对滑移。,24,3.2.1 材料 1.混凝土 强度等级不低于C20。 2.钢筋 混凝土板中一般采用HPB235与HRB335。 3.钢材 宜采用Q235与Q345。, 3.2 构造要求,25,1、组合梁的截面高度 简支梁组合梁的高跨比为1/181/12,一般取1/15. 2、混凝土楼板的厚度 当楼板采用压型钢板组合板时, 压型钢板凸肋顶至混凝土板顶混凝土板厚度不应小于50mm. 当楼板采用普通钢筋混凝土板时,混凝土板的厚度不应小于100mm. 组合梁混凝土板厚，一般以10mm为模数，经常采用的板

8、厚为100mm、120mm、140mm、160mm 。 3、混凝土板的有效宽度,3.2.2 截面尺寸,26,3、混凝土板的有效宽度,27,板托顶部的宽度与板托高度之比应不小于1.5,且板托的高度不应大于混凝土板得厚度的1.5倍,4、板托尺寸,28,（1）截面尺寸 组合梁中的钢梁,其截面高度不应小于组合梁截面高度(包括板托)的 ,即 （2）截面形状和加劲肋,5、钢梁,29,3.2.3 主、次梁的连接,30,3.3.1 组合梁正截面受力性能 由试验结果知；从加荷到破坏，组合梁正截面经历弹性、弹塑性和塑性三个受力阶段，见图3.3.1, 3.3 组合梁试验结果分析,弹性,弹塑性,塑性,A,B,31,3

9、2,简支组合梁破坏形态,33,连续组合梁破坏形态,34,1、弹性阶段 在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载变形曲线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的50%左右时，钢梁的下翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还处于弹性工作状态 2、弹塑性阶段 加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载变形曲线开始偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形显著增大，组合梁的工作进入弹塑性阶段,3.3.1 组合梁正截面受力性能,35,3、塑性阶段 加荷至破坏荷载的90以上时，组合梁跨中的挠度变形大幅度增长，荷载变形曲线基本呈水平趋势发展，此时组

10、合梁的工作已进入塑性工作阶段。,3.3.1 组合梁正截面受力性能,36,图3.3.3 组合梁截面实测应变图,3.3.1 组合梁正截面受力性能,37,3.3.2 组合梁交接面的滑移特征,38,2、影响组合梁交接面上滑移的因素 （1）由图3.3.4可以看出，在荷载作用初期，荷载滑移曲线明显呈线性关系，当荷载达到极限荷载的70%时，滑移增长速度明显大于荷载的增长速度。 （2）连接件的刚度对滑移分布有着重要的影响。 （3）混凝土的强度对组合梁交接面上滑移有一定的影响。,3.3.2 组合梁交接面的滑移特征,39,3.4.1 截面几何特征值 1、换算截面 组合梁在正弯矩作用下按弹性理论进行截面分析时，应根

11、据截面应变相同且总内力不变的原则，将受压混凝土板的有效宽度折算成与钢材等效的换算截面宽度，见图3.4.1。 即：把混凝土换算为钢, 3.4 组合梁按弹性理论分析,40,1、换算截面,y0,图3.4.1,41,（1）荷载短期效应组合时 （3.4.1） （2）荷期长期效应组合时 （3.4.2） 式中 混凝土翼板换算为钢材的等效宽度； 混凝土翼板的有效宽度； 钢材弹性模量E与混凝土模量Ec的比值 。,1、换算截面,42,(3.4.3) 第个单元的截面面积,对混凝土单元需将其换算成钢材单元进行计算 ； 第个单元重心轴距截面顶边得距离。 当考虑混凝土得徐变影响时,应将公式3.4.2代入公式3.4.3进行

12、计算,即可求得考虑混凝土徐变影响的组合截面的重心轴距组合截面顶边的距离,并用 表示。,2、换算截面重心轴(中和轴)的位置,43,（1）中和轴在板内（见图3.4.2）,3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩,44,3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩（中和轴在板内）,45,（2）中和轴在板下（见图3.4.3）,3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩,46,3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩（中和轴在板下）,47,组合梁在永久荷载的长期作用下,受压翼缘混凝土发生徐变,将使混凝土翼缘的应力减小,钢梁的应力增大。为了在计算中反映这一效应,可将混凝土翼缘板有效宽度内的截面面积除以2换算成钢材截面面积。 此

13、情况下,组合截面的中和轴一般位于钢梁的截面内（见图3.4.3）。换算后的组合截面面积、惯性矩、对钢梁上翼缘、下翼缘的抵抗矩以及对组合梁顶面的抵抗矩为按下式计算:,4、考虑混凝土徐变的截面抵抗矩,48,4、考虑混凝土徐变的截面抵抗矩,49,在楼板的混凝土未达到强度设计值以前，全部荷载由组合梁中的钢梁承受，所以，施工阶段只需对钢梁进行计算，其计算内容为；钢梁的正应力计算、剪应力计算、整体稳定计算和钢梁挠度计算。此时称为组合梁的第一受力阶段。 在施工阶段,当钢梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过表3.4.1规定数值时,可不进行整体稳定验算 。,3.4.2 施工阶段组合梁计算,50,（1）永久荷载

14、混凝土板、模板及钢梁的自重。 （2）可变荷载 1） 施工活荷载；工人、施工机具及设备等自重。 2） 附加活荷载 附加管线、混凝土堆放、混凝土泵等以及过量冲击效应适当的增加荷载。,1、荷载计算,51,（1）单向弯曲 钢梁在单向弯矩 的作用下，其截面的正应力应满足下式要求： （2）双向弯曲 钢梁在双向弯矩和的共同作用下，其截面正应力应满足下列要求：,2、钢梁正应力计算,52,式中 绕X轴和Y轴的弯矩设计值，对工字 形截面， X轴为强轴 Y轴为弱轴； 对X轴和Y轴的净截面抵抗拒； 截面塑性发展系数，工字形截面分别 取1.05、1.2，箱形截面均取1.05； 钢材的抗弯强度设计值。,2、钢梁正应力计算

15、,53,当钢梁当受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度比值 （图3.4.4 ），但能满足下列公式要求时，应取 。 对于工字截面梁 对于箱形截面梁,2、钢梁正应力计算,54,在主平面内受弯的实腹式钢梁,其腹板的剪应力应满足下列条件： 4 、钢梁的整体稳定性 组合梁中的钢梁部件,当其受压翼缘的自由长度与宽度比值超过表3.4.1中规定的限值时,应按下式验算楼板混凝土未凝固前的钢梁整体稳定性：,3、钢梁剪应力计算,55,组合梁施工阶段荷载短期效应组合，简支钢梁在均布荷载作用下的挠度，按下式进行验算： 施工阶段作用于钢梁上的均布荷载值; 、 钢梁的跨度和截面惯性矩; 钢材的弹性模量.,5、钢梁挠度验算,56,在

16、使用阶段，混凝土翼缘板强度达到强度的设计值，混凝土翼缘板与钢梁形成了整体，此时，应按组合梁进行计算。采用弹性理论计算时，要根据计算要求采用换算截面。使用阶段后加的荷载由组合梁来承受（称为第二受力阶段），此时，钢梁的应力计算应考虑两阶段的应力叠加，组合梁混凝土翼缘板的应力则只考虑使用阶段所加的应力影响。,3.4.3 使用阶段计算,57,1、适用范围 符合下列情况之一的组合梁,应按弹性理论进行截面分析和截面应力力计算。 （1）组合梁内钢梁翼缘或腹板的板件的宽厚比值大于表3.4.1规定的限值,且其组合梁截面的中和轴位于钢梁腹板内。 （2）在设计荷载作用下,可能因交替发生受拉、受压屈服使材料产生低周期

17、疲劳破坏的构件。 （3）组合梁的中和轴虽位于钢梁截面内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均能满足表3.4.1的要求。,3.4.3 使用阶段计算,58,(1)钢梁部件拉应力小于钢材的屈服强度,混凝土最大压应力小于0.5倍轴心抗压强度。 (2)钢梁宽厚比较大,钢梁受力后,截面尚未出现塑性化以前,受压翼缘和腹板有可能发生局部屈曲。,2、适用条件,59,(1)计算假定 1)钢材和混凝土均为理想的弹性材料； 2)钢梁和混凝土板之间的相对滑移很小,可以忽略 不计, 接截面在弯曲后仍保持平面； 3)截面应变符合平截面假定； 4)不考虑组合梁混凝土翼缘板内钢筋； 5)不考虑混凝土开裂影响； 6)当钢筋混凝土楼板下

18、边设置板托时,不考虑混凝 土板托影响。,3、组合梁正应力计算,60,当将组合梁中混凝土等效换算成钢材以后,即可认为组合梁的截面是由单一材料钢材组成,组合截面的正应力可以用材料力学的公式计算。 1)当组合梁下设置临时支撑时,按一阶段受力设计,梁上的荷载全部由组合截面承担。当不考虑混凝土徐变的影响时,其截面应力可按下式计算：,(2)组合梁正应力计算,61,A、中和轴在板内 对钢梁上翼缘 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土,(2)组合梁正应力计算,62,B、中和轴在板下 对钢梁上翼缘 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土,(2)组合梁正应力计算,63,式中 全部荷载对组合梁产生的正弯矩; 钢材的抗拉和抗弯

19、强度设计值; 混凝土抗压强度设计值； 、 、 组合梁的组合截面对钢梁上翼缘、 下翼缘和混凝土顶的抵抗矩。 2)当组合梁下设置临时支撑时,按一阶段受力设计,梁上的荷载全部由组合截面承担。当考虑混凝土徐变的影响时,其截面应力可按下式计算:,(2)组合梁正应力计算,64,A、中和轴在板内 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 B、中和轴在板下 对钢梁下翼缘,(2)组合梁正应力计算,65,对组合梁顶部混凝土 式中 永久荷载对组合梁产生的弯矩设计值 扣除永久荷载后的可变荷载对组合梁产生的弯矩设计值。 3)当组合梁下不设置临时支撑时,按两个阶段受力设计,这时不考虑长期荷载作用下混凝土徐变的影响,其截面应力可按

20、下式计算：,(2)组合梁正应力计算,66,对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 式中 施工阶段的永久荷载对组合梁产生的弯 矩设计值； 使用阶段的永久荷载与可变荷载对组 合梁产生的弯矩设计值。,(2)组合梁正应力计算,67,(1)计算原则 1) 计算组合梁的剪应力时，应考虑施工阶段和使用阶段不同工作截面和受力特点； 2) 在楼板混凝土未硬化之前，施工阶段的全部荷载由组合梁的钢梁承担，钢梁的剪应力按钢梁截面进行计算，当楼板的强度达到混凝土的设计强度后，后加的使用阶段荷载由组合梁来承担，其钢梁的剪应力按组合截面计算； 3) 组合梁的钢梁的实际剪应力，等于钢梁分别按两阶段产生的剪应力之和。,4、组合梁竖向

21、受剪承载力计算,68,(2)剪应力计算公式 1）第一受力阶段 在施工荷载作用下,钢梁截面剪应力分布（见图3.2.18b),剪应力按下式计算： 式中 施工阶段的可变荷载和永久荷载在钢梁上产 生的剪力设计值; 剪应力验算截面以上的钢梁截面面积对 钢梁中和轴S-S的面积矩； 、 钢梁的腹板厚度和毛截面的惯性矩。,4、组合梁竖向受剪承载力计算,69,2) 第二受力阶段 组合梁在使用阶段增加的荷载作用下,其钢梁的剪应 力按下式计算：,4、组合梁竖向受剪承载力计算,70,式中 使用阶段总荷载(可变加永久)减去施工 阶段总荷载对组合梁产生的剪力设计值； 剪应力计算截面以上的钢梁截面对组合 截面(组合梁换算截

22、面)中和轴0-0的面积 矩； 组合梁换算截面的惯性矩. 3)总的剪应力 a、当组合截面的中和轴0-0位于钢梁截面内时，钢 梁总剪应力按 计算（见图3.4.6d）。,4、组合梁竖向受剪承载力计算,71,b、当组合截面的中和轴0-0位于混凝土翼缘或板 托内时，钢梁剪应力的验算截面取钢梁腹板与翼缘的 交接面，此处钢梁的剪应力最大。 (3) 抗剪强度验算 式中 钢材的抗剪强度设计值。,4、组合梁竖向受剪承载力计算,72,在梁腹板与翼缘交接处同时作用有很大的法向 应力和剪应力，为此，必须验算其主应力。钢梁的 主应力应分别满足下列条件：,5、主应力计算,73,1、适用范围 符合下列条件、且混凝土翼板与钢梁

23、部件之间实现完全抗剪连接的组合梁，其使用阶段应按塑性理论进行截面分析和承载力计算。 (1)在设计荷载作用下，不会因交替发生受拉屈服和受压屈服使材料低周疲劳破坏的构件； (2)组合梁的中和轴位于混凝土受压翼缘板面内； (3)组合梁的塑性中和轴虽位于其钢梁部件的截面内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均满足表3.4.1的要求。, 3.5 组合梁按塑性计算理论分析,74,（1）组合梁截面应全截面塑性化，即钢材的力学性能 应满足以下条件： 1)强屈比 2)伸长率 3)极限应变 （2）组合梁中钢梁,在出现全截面塑性化之前,受压翼 缘和腹板不发生板件的局部屈曲; （3）应设置侧向支承杆,以控制钢梁的侧向变形和

24、弯扭 变形.,2、适用条件,75,1、计算假定 （1）塑性中和轴以下的型钢截面，其拉应力全部达到钢 材抗拉强度设计值 ； （2）塑性中和轴以上的型钢截面，其压应力全部达到钢 材的抗压设计强度 ； （3）塑性中和轴以上的混凝土截面均匀受压,其压应力全 部达到混凝土的抗压强度设计值 ； （4）塑性中和轴以下的混凝土截面,假定全部开裂而不再 受力；,3.5.1 组合梁受弯承载力计算,76,（5）组合梁受到负弯矩作用时，混凝土翼缘板有效 宽度内的纵向钢筋，其拉应力全部达到钢筋的抗拉强度 设计值 ； （6）若钢筋混凝土板的支座处设置了混凝土板托， 确定组合梁截面尺寸时，混凝土板托的截面尺寸不计。 2、正

25、弯矩作用区段承载力计算公式 （1）塑性中轴位于混凝土受压翼板内(图3.5.1), 即 时，,1、计算假定,77,式中 正弯矩设计值,2、正弯矩作用区段承载力计算公式,78,混凝土翼缘板受压区高度； 钢梁截面应力合力至混凝土受压区截面应 力合力间的距离； 钢梁的截面面积； 钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值； 混凝土抗压强度设计值。 （2）塑性中和轴在钢梁腹板内 (图3.5.2)， 即 时，,2、正弯矩作用区段承载力计算公式,79,2、正弯矩作用区段承载力计算公式,80,式中 钢梁的受压区截面面积; 钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区 截面形心的距离; 钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区截面形 心的

26、距离.,81,3、负弯矩区段承载力计算(见图3.5.3),82,式中 负弯矩设计值； 、 钢梁塑性中和轴(平分钢梁截面积的轴 线)以上和以下截面对该轴的面积矩； 负弯矩区混凝土翼板有效宽度范围内的 纵向钢筋截面面积； 纵向钢筋截面形心至组合梁塑性中和轴 之间的距离； 组合梁塑性中和轴至钢梁塑性中和轴 的距离。当组合梁塑性中和轴在钢梁 腹板内时,可取 ；当 该中和轴在钢梁翼缘内时,可取钢梁塑 性中和轴至腹板上边缘的距离。,83,1、采用塑性设计法计算组合梁的承载力时,对于受 正弯矩作用组合梁截面,可不计入弯矩与剪力的相互影响； 对负弯矩作用的组合梁截面,当满足时 ,不考 虑弯矩和剪力的相互影响。

27、 2、简支组合梁若按塑性设计方法分析时,不考虑混 凝土翼缘板及其板托参与承担剪力。,3.5.2 组合梁受剪承载力计算,84,3、组合梁截面的全部剪力,假定仅由其钢梁部件的腹板承担,其受剪承载力按下式计算： 式中 组合梁内钢梁部件截面高度； 组合梁内钢梁部件截面的厚度； 钢材的抗剪强度设计值。,85,3.6.1构造要求 1、一般构造要求 抗剪连接件的作用是抵抗水平剪力和竖向掀起力，其设置应符合以下规定: （1）栓钉连接件钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面应高出翼缘板底部钢筋顶面30mm； （2）连接件沿梁跨度方向的最大间矩不应大于混凝土翼板（包括板托）厚度的4倍,且不应大于400mm；, 3.6

28、 抗剪连接件的设计,86,（3）连接件的外侧边缘至钢梁翼缘板边缘的距离 不应小于20mm； （4）连接件的外侧边缘至混凝土翼缘板边缘的距 离不应小于100mm； （5）连接件的顶面混凝土保护层的厚度不应小于 15mm。,3.6.1 构造要求,87,栓钉是采用自动焊接机焊于钢梁翼缘上，焊接时使用配件瓷环，在自动拉弧焊接的过程中能隔气、保温、档光，防止溶液飞溅。 1）栓钉的公称直径 8mm、10mm、13mm、16mm、19mm及22mm，常用的为后4种； 2）栓钉的长度不应小于杆径的4倍；,2、各种抗剪连接件的构造要求 （1）栓钉连接件,88,89,3）当栓钉的位置不正对钢梁腹板时,如钢梁上翼缘

29、承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的1.5倍，如钢梁的上翼缘不承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的2.5倍； 4）栓钉沿梁跨方向间距不应小于杆径6倍，垂直于梁跨方向的间距不应小于杆径4倍,见图3.6.1；,90,5）用压型钢板作底模的组合梁,栓钉杆直径不宜大于19mm,混凝凸肋宽度不应小于栓钉直径的2.5倍；栓钉高度 应满足 （图3.6.2 ）。,3.6.1 构造要求,91,（2）弯筋连接件 1）弯起钢筋应成对称布置,直径不应小于12mm,弯起角一般为450,弯折方向应与混凝土翼板对钢梁的水平剪力方向相一致（见下图）。,92,2)在梁的跨中区段可能发生纵向水平剪应力变号处,

30、应在两个方向均设置弯起钢筋； 3)每根弯起钢筋从弯起点算起的总长度不应小于25 ,其中的水平段长度不应小于10 ； 4)弯起钢筋连接件沿梁长方向的间距应宜小于混凝土翼缘板（包括板托）0.7倍； 5)弯起钢筋与钢梁连接的双侧焊缝的长度应不小于4(HPB235钢筋)或5d(变形钢筋), 为钢筋直径；,93,（3）槽钢连接件 1)槽钢连接件翼般采用Q235钢轧制的小型槽钢. 2)槽钢连接件的开口方向应与板梁叠合面纵向水平剪力方向一致,见图3.6.4。,94,3)槽钢连接件沿梁跨度方向的间距不应大于混凝 土翼板(包括板托)厚度的4倍,且不应大于400mm. 3、钢梁顶面不得涂刷油漆,并应在浇混凝土楼板

31、之 前清除铁绣、焊渣及其它杂质。 4、梁端连接件 （1）组合梁的端部,应在钢梁顶面焊接两端连接件,以 承受因混凝土干缩所引起的应力. （2）梁端连接件一般采用工字钢上加焊水平锚筋,见 图3.6.5. （3）梁端连接件的工字钢上的锚筋,其直径和根数根 据计算来确定.,95,96,1、栓钉连接件的受力性能,3.6.2 抗剪连接件受力性能,97,2、弯筋连接件的受力性能 3、槽钢连接件的受力性能,98,1、圆柱头焊钉连接件承载力 组合梁中栓钉连接件主要承受侧压力，栓钉的承载力随其长度的增加而增加,但当栓钉的长度与直径之比大于4之后,承载力的增长有限。 （1）普通混凝土翼缘板 栓钉的承载力设计值可按下

32、列公式计算，或 查表3.6.1。,3.6.3 单个抗剪连接件承载力,99,式中 混凝土的弹性模量; 圆柱头焊钉(栓钉)钉杆截面面积; 圆柱头焊钉(栓钉)抗拉强度设计值; 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比. 当栓钉材料性能等级为4.6级时,取 ， 。,100,（2）压型钢板混凝土翼板 其叠合面上的栓钉连接件受剪承载力设计值,应按下列两种情况分别乘以折减系数. 1、型钢板底凸肋平行于钢梁 2、压型钢板底凸肋垂直于钢梁,101,式中 混凝土凸肋底平均宽度，肋底上部宽度小 于下部宽度时，见图3.6.2，取上部宽度； 混凝土凸肋高度； 栓钉高度； 在梁某截面处一个肋中布置的栓钉数多于 3个时,按3个

33、计算。,102,（1）受剪承载力计算 槽钢连接件的受剪承载力设计值可按下式计算或查表3.6.2。 式中 槽钢翼缘的平均厚度； 槽钢腹板的厚度； 槽钢的长度； 混凝土的抗压强度设计值。 （2）焊缝计算 槽钢连接件通过肢尖、肢背两条角焊缝与钢梁相连,角焊缝高度按承受该连接件的抗剪承载力 计算。,2、槽钢连接件承载力,103,3、弯筋连接件承载力 式中 一根弯起钢筋连接件的截面面积； 钢筋的抗拉强度设计 。 3.6.4 连接件的计算和配置 1、抗剪连接件数量的确定 完全抗剪连接组合梁的抗剪设计应保证梁截面 在达到受弯承载力之前交界面不发生连接件的受弯 破坏,因此,最大弯矩截面至零弯矩截面之间区段(剪

34、 跨区)内的抗剪连接件数量按下式算:,104,式中 单个连接件的受剪承载力； 剪跨区内混凝土翼缘板和交界面上的纵向剪力值。 2、剪跨区段的划分 对组合梁进行抗剪连接计算时,应根据梁的弯矩图形,以支座点、弯矩绝对值最大点和零弯矩点划界,将梁划分为若干个剪力段, 并逐段进行计算。,105,3、剪跨区纵向剪力值计算 剪跨区纵向剪力值与梁设计方法相对应，分别采用塑性计算方法和弹性计算方法。 （1）抗剪连接件的弹性计算方法,106,1）当不考虑混凝土翼缘板的混凝土徐变时，按下式计算： 式中 混凝土翼缘板的换算截面绕整个换算截面 重心轴的面积矩； 整个截面绕换算截面自身重心轴的惯性矩。 由于I0/S0为常

35、量，所以单位长度的纵向剪力Vis与该处 的竖向剪力Vi成正比。,107,设该处连接件的间距为ui ，则该连接件所承受的纵向 剪力(即一个抗剪连接件所承受的纵向剪力)为：,108,2) 当考虑混凝土翼缘板的混凝土徐变时,按下式计算： 式中 永久荷载及准永久荷载设计值引起的剪力； 可变荷载中短期作用设计值引起的剪力； 混凝土翼板的考虑混凝土徐变的换算截面绕 整个截面重心轴的惯性矩； 整个截面绕考虑混凝土徐变换算截面自身重 心轴的惯性矩。,109,（2）抗剪连接件的塑性计算方法 由于连接件的工作并不是绝对刚性,当受载超过 ,就会发生滑移变位,从而使叠合面上各个连接件之间发生内力重分配。在极限状态时,

36、叠合面上各个连接件受力几乎均匀相等,与连接件所在的位置无关.基于这样的原理,组合梁连接件的塑性设计应按极限状态来设计。 1)位于正弯矩区段的剪跨段 按塑性中和轴的位置不同，可按以下两种情况来计算。,110,（a）塑性中和轴位于混凝土翼板内（见下图）,111,（b）塑性中和轴位于钢梁内（见下图）,3、剪跨区纵向剪力值计算,112,(c) 位于负弯矩区段的剪跨段 式中 负弯矩区段混凝土翼板有效宽 度范围内的纵向钢筋总截面面积； 钢筋的抗拉强度设计值。,113,布置时,要注意以下问题 ： （1）剪力连接件的布置要与计算方法相对应。 采用弹性计算方法时,剪力连接件的布置应按在一 个剪跨区段内剪力大小不

37、同的分区相应采用疏密不 同的间距布置 ；当采用塑性方法计算时,在一个剪 跨区段内连续均匀布置。 （2）在剪力连接件布置时,在同一组合梁中配 置的连接件间距一般不多于23种。 （3）当构造原因使所需连接件数量不能满足计 算要求时,也可配置少于总数的连接件,而按部分抗 剪连接组合梁件计算。,4、抗剪连接件的布置,114,1、验算对象 (1)属于下列情况之一,应对组合梁的钢梁翼缘与 混凝土翼缘板的纵向界面,进行受剪承载力验算; 1)组合梁的翼缘板采用普通钢筋混凝土楼板; 2)组合梁的翼缘板采用以型钢板作底模的组合板， 且压型钢板底凸肋平行于钢梁;,3.6.5 纵向界面受剪承载力计算,115,2、纵向

38、界面 进行组合梁钢梁翼缘与混凝土翼缘板的纵向界面的受剪承载力验算时,应分别对下列界面进行验算; (1)、钢梁上翼缘两侧的混凝土翼缘板纵向截面,见图3.6.13中的aa截面. (2)、包络板梁叠合面抗剪连接件的纵向界面,见图3.2.13中的b-b、cc截面.,116,117,混凝土翼缘板纵向界面受剪计算公式表述如下 式中 -荷载作用引起的单位界面长度上的纵向剪力; -单位界面长度上的纵向界面抗剪强度 4、荷载作用下单位界面长度上的纵向剪力计算 （1）对于混凝土翼板的纵向界面,见上图图中的aa界 面,3、界面受剪计算,118,当采用弹性分析方法计算时,有 取其中较大者 当采用塑性分析方法计算时,有

39、 取其中较大者,119,式中： l -剪跨等于最大弯矩截面至零弯矩截面之间的距离; -剪跨长度上总纵向剪力 -混凝土翼缘板左、右两侧的挑出长度. (2)、对于包络连接界面,见图中的bb和cc界面 当采用弹性分析方法计算时,有,120,当采用塑性分析方法计算时,有 5、单位界面上界面抗剪强度的计算按下式计算,121,式中： -折减系数,采用普通混凝土板取0.9,轻质混凝土取0.7。 折减系数,采用普通混凝土时取0.19,轻质混凝土取0.15; -单位界面长度上横向钢筋的截面面积; -钢筋的抗拉强度设计值; -纵向受剪界面的周边长度.,122,6、横向钢筋的面积 (1) 计算面积 组合梁的钢梁翼缘

40、与混凝土翼缘板的纵向界面,单位长度上横向钢筋的计算面积,依界面所在的部位,按下式计算 1)、界面aa,123,式中 -单位梁的长度上翼缘板中底部钢筋截面面积; -同上,但为上部钢筋截面面积. 2)、界面bb 3)、界面cc 当 当,124,式中 -单位梁长度上板托横向钢筋的截面面积 (2)、横向钢筋最小配筋量 横向钢筋的最小用量应符合以下条件 8、板托的构造 （1)板托边缘距连接件外侧的距离不得小于40mm. (2)板托中配置横向钢筋的下部水平段应设置在距钢梁上翼缘500mm得范围以内.连接件端底面应高出横向钢筋下部水平段的距离不得小于30mm,横向间距应不大于600mm.,125,3.7.1

41、 概述 式中 按荷载效应标准组合与相应截面折减刚度计算的挠度值 ； 按荷载效应准永久组合值与相应截面折减刚度计算的挠度值； 受弯构件的挠度限值。, 3.7 组合梁的挠度和裂缝宽度验算,126,在荷载效应标准组合下,并考虑长期作用影响下最 大裂缝宽度； 构件的裂缝宽度限值 。,127,公式适用条件： （1）梁变形后仍满平截面假定； （2）梁截面抗弯刚度为常数。 与钢筋混凝土梁一样，组合梁的挠度计算运用等 刚度原则。组合梁的挠度计算公式可写成：,3.7.2 挠度验算,128,式中 组合梁等刚度。 并以 表示按荷载的标准效应组合并考虑组合 梁滑移效应影响后截面的抗弯刚度； 用 表示按荷载的准永久效应

42、组合并考虑组合 梁滑移效应影响后截面的抗弯刚度,129,1 计算原则 （1）确定组合梁的截面刚度时,不考虑混凝土翼板的板托截面参与工作； （2）组合梁施工时，若钢梁下未设置临时支撑，则混凝土结硬前的材料自重和施工荷载产生的挠度，应与使用阶段续加的荷载产生的挠度相叠加 2 截面刚度 （1）荷载的标准效应组合并考虑组合梁滑移效应后截面抗弯刚度,130,131,132,式中 钢梁的弹性模量； 组合梁的换算截面惯性矩；对荷载的标准组合,可将截面中混凝土翼缘板有效宽度除以钢材与混凝土弹性模量的比值换算为钢截面后，计算整个截面惯性矩，对钢梁与压型钢板混凝土组合板构成的组合梁，取其较弱截面的换算截面进行计算

43、,且不计压型钢板的作用,133,刚度折减系数 混凝土翼缘板截面面积；对压型钢板混凝土组合板的翼缘板,取其较弱截面的面积,且不考虑压型钢板 钢梁截面面积； 钢梁截面惯性矩； 混凝土翼缘板的截面惯性矩；对压型钢板混凝土组合板翼缘板,取其较弱截面的惯性矩,且不考虑压型钢板,134,钢梁截面形心到混凝土翼缘板截面(对压型钢板混凝土组合板为较弱截面)形心的距离； 组合梁截面高度 组合梁的跨度; 抗剪连接件刚度系数 抗剪连接件的纵向平均间距(mm)； 抗剪连接件在一根梁上的列数 钢材与混凝土弹性模量的比值。,135,（2）荷载的准永久效应组合并考虑组合梁滑移效应影响后截面的抗弯 当按荷载效应的准永久组合计

44、算组合梁挠度时,要考虑混凝土的徐变影响,计算组合梁的刚度B2时,将钢梁弹性模量与混凝土翼缘板的弹性模量比值, 乘以2后，按前述公式计算。,136,3.7.3 裂缝宽度验算 对于连续组合梁,负弯矩区段混凝土翼板受拉,产生裂缝.混凝土翼板的受力状态近似于轴心受拉混凝土杆件;其裂缝宽度的计算公式,按混凝土轴心受拉构件计算.,137,式中 -裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,138,3.8.1 概述 1 不需要验算整体稳定的条件 （1） 单跨简支组合梁的使用阶段； （2）连续组合梁的钢梁采用工字形截面时,且板件宽厚比满足表3.2. 1 的要求。 2 需要验算整体稳定的情况 下列情况之一,需要验算钢梁的

45、整体稳定； （1）施工阶段 组合梁的钢梁部件受压翼缘的自由长度与其宽度的比值,超过表3.2.1所示最大值。, 3.8 组合梁稳定验算,139,(2） 使用阶段 连续组合梁在较大可变荷载不利分布的作用下,某一跨度的全跨产生负弯矩,且该跨的钢梁部件受压翼缘的 跨产生负弯矩, 3.8.2、整体稳定性验算 1 单向受弯 组合梁在其钢梁最大刚度主平面内受弯时,钢梁的整体稳定性应按下式验算;,140,2 双向受弯 组合梁工字形截面钢梁,在其两个主平面受弯时,其整体稳定按下式计算; 3.9 部分抗剪连接组合梁 （了解） 在完全抗剪连接组合梁设计中,抗剪连接件的数量是按混凝土翼板与钢梁上翼缘交界面纵向剪力来确

46、定的,即要满足计算要求，若不满足时,则称为部分抗剪连接。,141,部分抗剪连接组合梁的使用范围 1 部分抗剪连接组合梁适用于承受静载且集中力不大的、跨度 组合梁； 2 采用压型钢板作为混凝土翼板底模的组合梁,也应按部分组合梁设计; 3 抗剪连接梁所配置的抗剪连接件数量 不得小于完全抗剪连接时的抗剪数量 的50%；,142,3.9.1 部分抗剪连接组合梁承载力计算,143,定义：在最大弯矩点与零弯矩之间交界面上抗剪连接件总纵向抗剪承载力与和极限弯矩相应的纵向水平剪力之比为抗剪连接程度，计作。 式中 -抗剪连接件个数 -单根连接件受剪承载力。,144,当抗剪连接件的连接的程度不高时,抗剪连接件能够

47、承受一定程度的纵向剪力，提供一定的组合作用，但相对滑移较大，以致在组合梁受弯破坏之前发生连接件受剪的破坏，受弯承载力没有达到抗弯极限承载力。 若抗剪连接程度提高，组合梁的共同作用程度提高随之提高，交界面相对滑移减小，构件由受剪破坏逐渐过渡到以混凝土翼缘板压碎为标志的弯曲破坏。,145,部分抗剪连接组合梁的受弯承载力,按下式计算； 2 受剪承载力,146,组合梁截面上的全部剪力,假定仅由钢梁腹板承受,按下式计算 3.9.2 部分抗剪组合梁挠度计算 抗剪连接件数量不足使交界面存在滑移,组合梁的挠度增大,根据研究分析,组合梁中挠度与抗剪连接件数量的关系如图3.9.2中的曲线EFG所示。设计时，可以近似用直线代替HJ代替曲线EFG。,147,部分抗剪连接组合梁的挠度,按式计算；,148,式中 -完全抗剪连接组合梁的挠度 -全部荷载由钢梁承受时的挠度 -完全抗剪连接组合梁所配置的抗剪连接件数量； -部分抗剪连接组合梁所配置的抗剪连接件数量。,149,上述挠度计算,只与组合截面梁承受的荷载有关，无支撑施工时,组合梁的挠度不受组合作用程度的影响 .,例题,作业,150,本章小结,高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98 弹性设计； 塑性设计。,1. 依据规范：,钢结构设计规范 GB500172003 仅有塑性设计