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1、1,第四讲 钢-混凝土组合梁截面设计,2,主要内容,施工阶段 使用阶段 1. 按弹性理论设计 2. 按塑性理论设计,3,1 按弹性理论确定钢-混凝土组合梁截面承载力,基本假定 折算截面 截面特性 混凝土徐变影响 截面正应力 截面剪应力 设计实例,4,1.1 按弹性理论设计的基本假定,截面的范围： 钢梁+有效宽度范围内的混凝土板，且假设应力在混凝土板内均匀分布 钢和混凝土均为理想线弹性材料 忽略钢梁和混凝土翼缘板之间的滑移 符合平截面假定 有效宽度范围内的混凝土板按实际面积计算，不扣除受拉开裂面积，忽略板托面积，对压型钢板-混凝土组合板，板肋部分混凝土面积忽略 忽略混凝土板内的钢筋,5,1.2
2、组合梁折算截面,计算理论：将混凝土部分折算成钢材，按材料力学方法,6,1.3 截面特性计算,7,1.4 混凝土徐变的影响,荷载的标准组合 vs 准永久组合 活荷载的准永久值系数？ 长期荷载作用下，混凝土的弹性模量折减 混凝土徐变，弹性模量降低,8,1.5 截面正应力,9,1.6 截面剪应力,10,1.7 两阶段应力叠加：施工阶段与使用阶段,施工阶段： 研究对象为钢梁 简支梁或多跨连续梁，跨度为： 无支撑时取支座间距 有支撑时取支撑之间的距离,11,1.7.1 施工阶段设计荷载,自重： 钢梁：7850kg/m3 混凝土：2500kg/m3 压型钢板：根据型号查表 施工荷载： 不小于1.5kN/m
3、2,12,1.7.2 施工阶段设计,钢梁弯曲应力 上翼缘上表面 腹板上端与上翼缘相交处 下翼缘下表面 腹板下端与下翼缘相交处,13,1.7.2 施工阶段设计,剪应力 腹板上端与上翼缘相交处 中性轴处 腹板上端与上翼缘相交处 折算应力 腹板上端与上翼缘相交处 腹板上端与上翼缘相交处,14,1.7.3 使用阶段设计,研究对象： 折算后的组合截面 截面中性轴位置变化,15,1.7.4 使用阶段设计荷载,计算跨度和跨数： 支座之间的距离 二期恒荷载： 装修，抹灰，吊顶，管道等恒载 有支撑时，去除支撑，反向施加支座反力 使用活荷载： 建筑结构荷载规范,16,1.7.5 应力叠加,两阶段设计 钢梁：应力叠
4、加 混凝土板：仅第二阶段应力 挠度：两阶段叠加,17,1.7.6 正 应力验算,正应力验算,18,1.7.7 剪应力验算,剪应力验算,19,1.8 施工阶段整体稳定验算,20,1.9 设计实例,21,（1）施工阶段设计,（1.1） 荷载计算 钢梁截面：上翼缘120 x6；下翼缘150 x8；腹板286x8 厚90；宽3000 施工荷载1kN/m2,22,（1.2） 内力计算 跨度3.5m 支座截面弯矩 1/8ql2 支座反力 3/8ql,23,上翼缘 Aft=120 x6=720 下翼缘 Afb=150 x8=1200 腹板 Aw=286x8=2288 A=Aft+Afb+Aw=4208 Yb
5、s=134.06;Yts=165.94 Is=55.68e4,24,借助Excell计算,25,（2）使用阶段设计,26,（2.1） 短期荷载效应组合,混凝土翼板的等效宽度 Beq=1200/6.87=174.7 中性轴距梁底的距离 Ybs=(174.7*90*345+ 120*6*297+ 286*8*151+ 150*8*4)/( 174.7*90+120*6+286*8+150*8) =300.5,27,Is=174.7*903/12+174.7*90*44.52+ 120*6*3.52+ 8*2863/12+8*286*149.52+ 150*8*296.52 =2.14e8,28,（
6、2.2） 短期荷载效应计算,恒荷载 楼面铺装，吊顶等 1.5*3*1.2=5.4kn/m 活荷载 使用荷载 3*3*1.4=12.6kn/m 总荷载：5.4+12.6=18.0kn/m 支撑的反力设计值 55.56kN,29,（2.3） 内力,单跨：跨度7.0m 荷载：均布+集中 弯矩：,30,应力计算,31,（2.4） 长期荷载效应组合,混凝土翼板的等效宽度 Beq=0.5*1200/6.87=87.3 中性轴距梁底的距离 Ybs=(87.3*90*345+ 120*6*297+ 286*8*151+ 150*8*4)/( 87.3*90+120*6+286*8+150*8) =271.4,
7、32,Is=87.3*903/12+87.3*90*118.62+ 120*6*25.62+ 8*2863/12+8*286*117.42+ 150*8*257.42 =1.83e8,33,（2.5） 长期荷载效应计算,恒荷载 楼面铺装，吊顶等 1.5*3*1.2=5.4kn/m 活荷载 使用荷载 3*3*1.4*0.5=6.3kn/m 总荷载：5.4+6.3=11.7kn/m 支撑的反力设计值 55.56kN,34,（2.6） 内力,单跨：跨度7.0m 荷载：均布+集中 弯矩：,35,（2.7）应力计算,36,2 按塑性理论确定钢-混凝土组合梁截面承载力,基本假定 完全抗剪连接 部分抗剪连接
8、 截面正应力 截面剪应力 设计实例,37,2.1 按塑性理论分析的基本规定,施工阶段钢梁验算仍按弹性 一般为挠度控制，挠度25mm 挠度计算仍按弹性理论确定截面的刚度 使用阶段钢梁验算不必考虑应力叠加 塑性分析理论与荷载路径无关 塑性理论的基本假定： 所以参与受力的材料均屈服,38,2.2 钢梁截面尺寸要求,为保证塑性充分发展，避免截面屈服前发生局部屈曲，截面尺寸满足：,39,2.3 完全抗剪连接组合梁受弯承载力,基本假定：,40,板中钢筋？,41,42,2.4 部分抗剪连接组合梁受弯承载力,条件限制，无法设置足够的栓钉 部分抗剪连接承载力已满足要求 基本假定：,43,截面应变分布？,44,2
9、.4.1 部分抗剪连接承载力计算方法1：钢结构设计规范,45,2.4.2 部分抗剪连接承载力计算方法2：EC4,2.4.3 部分抗剪连接承载力计算方法3：清华回归公式,46,2.5 竖向抗剪承载力计算,腹板剪应力均匀分布 忽略混凝土翼板和板托贡献,2.5.1 竖向抗剪连接承载力计算方法1：仅腹板受剪,2.5.2 竖向抗剪连接承载力计算方法2：考虑混凝土翼板,47,2.6 设计实例：塑性理论设计,例7-1,48,（1）施工阶段按弹性理论 跨度为3.5m的两跨连续梁 已计算，满足要求 （2）使用阶段：塑性理论 跨度为7m的简支梁，不必考虑荷载路径 荷载计算 判断中性轴位置 截面承载力,49,（1）
10、荷载计算,50,51,52,不必在计算混凝土翼板的抗剪贡献,53,3 抗剪连接件设计,作用： 传递剪力，保证钢梁与混凝土翼板共同工作 抗掀起 类型： 刚性 柔性,54,3.1 抗剪连接的破坏形式,3.1.1 混凝土挤压破坏,55,3.1.2 栓钉剪坏,3.1.3 混凝土劈裂破坏,56,3.2 抗剪连接件的承载力,3.2.1 栓钉的抗剪承载力,57,3.2.2 槽钢连接件,58,3.2.3 弯筋连接件,59,3.3 压型钢板-栓钉抗剪件承载力的折减,主梁型组合梁,次梁型组合梁,60,61,62,63,短期荷载效应 短期荷载效应,3.4 抗剪件按弹性方法设计,64,划分剪跨区段,3.5 抗剪件按塑
11、性方法设计,65,66,例 8.1,67,4 组合梁纵向抗剪设计,4.1 纵向受剪破坏机理：混凝土受的压应力沿板长和板宽方向不均匀,68,影响纵向抗剪破坏的因素 混凝土的强度等级 混凝土翼板的厚度 横向钢筋的数量和位置 连接件的种类，数量，布置方式，间距 荷载作用方式,69,4.2 组合梁纵向剪切破坏面,纵向剪切破坏裂缝 端部混凝土的竖向劈裂 剪力最大 混凝土压应力最不均匀 剪跨段裂缝贯通,70,混凝土翼板竖向界面 包络连接件的界面,71,4.3 纵向剪切面的抗剪强度,4.3.1 EC4的桁架模型(*) 叠合面的剪力Vl 混凝土斜压杆的压力De 横向钢筋的拉力Ts,72,（1）混凝土开裂前：混凝土斜压杆破坏,73,（2）混凝土开裂后：裂缝间混凝土的咬合力，横向钢筋的销栓力，压型钢板的抗剪力,74,75,4.3.2 钢-混凝土组合结构设计规程DL/T5085-1999,76,4.4 混凝土翼板及板托纵向抗剪验算,77,荷载效应Vl,1的计算,4.4.1 根据力的平衡计算 根据实际受力情况确定界面的剪力,78,79,80,81,荷载效应Vl,1的计算,4.4.2 根据抗剪连接件的承载力计算 纵向抗剪承载力应与抗剪连接件的承载力相等,82,83,例 9.1,