型鋼混凝土梁設計

指導教師：張鵬鵬學生：樊華學號：132081402044主要內容第一節基本概念第二節型鋼混凝土梁受力性能和破壞形態及截面應力分析第三節型鋼混凝土梁正截面承載力計算第四節型鋼混凝土梁斜截面承載力計算第五節型鋼混凝土梁裂縫和變形驗算第一節基本概念1、型鋼混凝土組合構件的概念2、型鋼混凝土構件的配置形式3、型鋼混凝土組合結構的特點4，型鋼混凝土組合結構的分類5、型鋼混凝土組合結構的計算方法1、型鋼混凝土組合構件的概念

型鋼混凝土組合構件是一種由核心部分的型鋼（sectionsteel），外部的鋼筋（reinforcingsteelbar）和混凝土（concrete）三種材料組成能協同工作的組合構件。2、型鋼配置形式3、型鋼混凝土組合結構的特點

(1)與鋼筋混凝土結構相比，型鋼混凝土結構的特點：①變形能力強、抗震性能好。鋼筋混凝土結構由于混凝土材料的脆性特性，特別是當同一層的柱剛度相差較大、負擔剪力不均衡或是當結構存在較大的偏心扭轉時，構件容易發生剪切破壞，結構的延性較差。型鋼混凝土由于型鋼的存在，構件延性得到很大的改善。

②在截面尺寸相同的條件下，可以合理配置較多的鋼材。超高層建筑底層柱的軸力很大，當采用鋼筋混凝土構件時，為了滿足規范對軸壓比的要求，柱截面尺寸通常很大、而這類短柱的延性往往很差。如果采用型鋼混凝土構件，就可以大大提高含鋼率，使柱子的承載能力與變形能力顯著提高。

3、型鋼混凝土組合結構的特點③當基礎采用鋼筋混凝土結構、上部為鋼結構時，采用型鋼混凝土結構作為過渡層可以使結構的內力傳遞更為合理。

④在施工時，型鋼骨架有較大的承載力，可以作為腳手架使用，并可承受模板的重量。如果再利用壓型鋼板作為鋼筋混凝土樓板的模板的話，可以大大節省模板工作量。⑤由于在構件中同時存在型鋼與鋼筋，澆筑混凝土比較困難。⑥用鋼量大，建設費用較高。型綱混凝土結構的用鋼量為80-180㎏／㎡，其中型鋼占總用鋼量的20％~50％。3、型鋼混凝土組合結構的特點(2)與純鋼結構相比，型鋼混凝土結構的特點①混凝土兼有參與構件受力與保護層的功能，經濟性較好，可節省鋼材。②結構剛度大，外力作用下變形小，在風荷載和地震作用下，結構的水平位移易滿足要求。③混凝土有利于提高型鋼的整體穩定性，鋼板的局部屈曲、桿件彎曲失穩及梁的側向失穩不易發生，如果結構構件設計合理，就能保證很好的延性。④使用的型鋼規格較小、鋼板厚度較薄，比較符合目前我國鋼材軋制的實際情況。⑤結構自重較大，施工復雜程度較高。4，型鋼混凝土組合結構的分類

型鋼混凝土組合結構分為兩類：第一類是全部構件均采用型鋼混凝土。第二類是部分構件采用型鋼混凝土，即柱，剪力墻采用型鋼混凝土構件，而框架梁采用鋼梁或鋼筋混凝土梁。5、型鋼混凝土組合結構的計算方法目前，大致可以歸納為如下三種方法：（1）基于試驗與數值計算經驗公式的計算方法。這種計算方法是以鋼結構計算理論為基礎，考慮混凝土對型鋼剛度的提高作用，按鋼結構穩定理論計算。適用于含鋼率較大的情況。（2）基于鋼筋混凝土的計算方法。這種方法假定構件內的型鋼與混凝土形成一個整體，變形一致，從而采用鋼筋混凝土構件的有關計算理論。（3）承載力疊加法。這種方法是一種簡單的疊加法，沒有考慮鋼與混凝土間的粘結力及型鋼與混凝土間的約束與支撐作用。5、型鋼鋼混凝土土組合結結構的計計算方法法在我國主主要有兩兩種：一種計算算方法是是以概率率理論為為基礎的的極限狀狀態設計計法。另另一種計計算方法法是承載載力疊加加計算法法。它是是將型鋼鋼與混凝凝土分開開來計算算，然后后疊加。。第二節型型鋼混混凝土梁梁受力性性能和破破壞形態態及截面面應力分分析1，型鋼鋼混凝土土梁的受受力性能能和破壞壞形態。。2，型鋼鋼與混凝凝土的共共同作用用1，型鋼鋼混凝土土梁的受受力性能能和破壞壞形態。。研究結果果表明，，設有剪剪力連接接件的實實腹式型型鋼混凝凝土梁在在達到極限限承載力力之前，，型鋼與與混凝土土基本能能夠共同同工作。。型鋼與混混凝土的的粘結力力一般不不會怕壞壞。所以以可以認認為這種種實腹式式型鋼混混凝土梁梁截面中中的型鋼鋼與混凝凝土的應應變符合合平截面面假定（（planecross-sectionassumption）。隨著荷載載的增加加，型鋼鋼腹板與與翼緣之之間的核核心混凝凝土受到到型鋼的的約束，，裂縫發發展到型型鋼下翼翼緣附近近，裂縫縫不隨荷荷載增加加而發展展，出現現裂縫發展展停滯現現象。當加載到到80%左右的的極限荷荷載，受受壓翼緣緣高度處處出現水水平的粘粘結裂縫縫，隨著著荷載的的增加，，保護層層脫落，，受壓區區混凝土土壓碎構構件破壞壞。（受壓區型型鋼保護護層越小小，粘結結斷裂破破壞越明明顯）2，型鋼鋼與混凝凝土的共共同作用用因為在型型鋼混凝凝土組合合結構中中，型鋼鋼的表面面積和截截面面積積之比值值較小，，且表面面平整，，粘結強強度較小小，二者者之間容容易產生生滑移，所以為為了確保保型鋼與與混凝土土的共同同作用，，應采取取以下三三種措施施：（1）采采用充滿滿型實腹腹型鋼混混凝土梁梁（2）在在型鋼上上翼緣處處設置抗抗剪連接接件（3）配配置必要要的縱向向鋼筋和和箍筋第三節型型鋼混混凝土梁梁正截面面承載力力計算1，基本本假定2，正截截面抗彎彎承載力力計算1，基本本假定1）截面面應變分分布符合合平截面面假定，，型鋼與與混凝土土之間無相對滑滑移；2）不考考慮混凝凝土抗拉拉強度；；3）取受受壓邊緣緣混凝土土極限壓壓應變0.003，相相應的最最大壓應應力取混混凝土軸軸心受壓壓強度設設計值；；4）型鋼鋼腹板的的應力圖圖取為拉拉、壓梯梯形應力力圖形。。設計計計算時，，簡化為為等效矩矩形應力力；5）鋼筋筋應力等等于其應應變與彈彈性模量量的乘積積，但不不大于其其強度設設計值。。2，正截截面抗彎彎承載力力計算由于充滿滿型型鋼鋼混凝土土框架梁梁是以適筋梁破破壞作為其抗抗彎承載載力的極極限狀態態，所以以我們在在設計和和計算中中要確保保受拉鋼鋼筋和型型鋼翼緣緣首先屈屈服，然然后受壓壓翼緣屈屈服，直直至最后后受壓混混凝土壓壓碎，整整個充滿滿型型鋼鋼混凝土土框架梁梁才達到到抗彎承承載力而而破壞。。2，正截截面抗彎彎承載力力計算根據上述述的基本本假定，，我們利利用平衡衡條件:2，正截面抗抗彎承載力計計算可得基本方程程：（1）非抗震震設計彎矩的平衡方方程水平力的平衡衡方程2，正截面抗抗彎承載力計計算（2）抗震設設計2，正截面抗抗彎承載力計計算當，，時時：2，正截面抗抗彎承載力計計算式中--相對受壓區高高度--相對界限受壓壓區高度--分別為型鋼腹腹板的上端、、下端至梁截截面混凝土受壓區上邊緣緣距離與的比比值；--型鋼腹板承受受的軸向合力力--型鋼腹板承受受的軸向合力力對于型鋼受受拉翼緣和縱向受拉鋼鋼筋合力點的的距；2，正截面抗抗彎承載力計計算為了保證型鋼鋼混凝土梁的的型鋼上翼緣緣和縱向受壓壓鋼筋在破壞壞前達到屈服服；截面受壓壓區高度應滿滿足：為了保證梁的的破壞形態為為型鋼下翼緣緣和受拉縱向向鋼筋先屈服服，然后受壓壓區混凝土被被壓碎，截面面相對受壓區區應滿足：2，正截面抗抗彎承載力計計算值可按平截面面假定推導出出：抗震設計時，，x應滿足以以下要求：一級框架梁：：二，三級框架架：第四節型型鋼混凝凝土梁斜截面面承載力計算算1，型鋼混凝凝土梁與鋼筋筋混凝土梁的的受剪性能差差異2，斜截面破破壞形態3，影響型鋼鋼混凝土梁斜斜截面受剪性性能的因素4，型鋼混凝凝土梁斜截面面的抗剪承載載能力計算方方法5，抗剪承載載能力計算1，型鋼混凝凝土梁與鋼筋筋混凝土梁的的受剪性能差差異（1）斜裂縫出出現時。實腹腹式型鋼具有有較大的抗剪剪剛度，而且且在梁中腹板板是連續分布布的，對斜裂裂縫的開展起起著較好的抑抑制作用。（2）斜裂縫縫出現后，型型鋼腹板對混混凝土的拉壓壓變形起到有有效的約束作作用。（3）剪壓破破壞的梁是因因為剪壓區混混凝土的破壞壞而達到極限限承載力，與與鋼筋混凝土土梁斜截面受受剪的脆性破破壞特征截然然不同。2，斜截面破破壞形態破壞形態主要要有三種類型型：2，斜截面破破壞形態（1）斜壓破壞剪跨比λ<1.0，以及1.0~1.5且含鋼率較大大的情況（2）剪壓破壞剪跨比λ>1.5且含鋼鋼率較小的情情況斜裂縫端部剪剪壓區混凝土土在正應力和和剪應力的共共同作用下被被壓碎2，斜截面破破壞形態（3）剪切粘結破壞壞不配箍筋或箍箍筋很少、且且剪跨比較大大的情況型鋼與混凝土土的粘結力極極易喪失，傳傳遞剪力的能能力降低，于于是在型鋼翼翼緣外側的混混凝土中產生生應力集中在型鋼翼緣附附加產生劈裂裂裂縫，沿型型鋼翼緣水平平方向發展，，導致保護層層脫落2，斜截面破破壞形態綜上所述，斜壓破壞和剪剪壓破壞通過過型鋼混凝土土梁的斜截面面受剪計算解解決。剪切粘粘結破壞是通通過構造解決決，設計中應應通過配置必必要的構造箍箍筋，設置抗抗剪連接件，，增加型鋼外外圍混凝土厚厚度等措施提提高型鋼混凝凝土梁抗剪切切粘結破壞的的能力。3，影響型鋼鋼混凝土梁斜斜截面受剪性性能的因素（1）剪跨比比剪跨比（>2.5）時，，梁的承載力力往往由彎曲曲應力控制，，一般發生彎曲破壞型鋼混凝土梁梁不會發生斜斜拉破壞，型型鋼腹板可以以有效阻止斜斜拉裂縫的產產生。均布荷載下，，型鋼混凝土土梁的斜裂縫縫靠近支座，，型鋼腹板中中正應力相對對較小，承載載力主要由剪剪應力控制，，型鋼腹板的的受力基本上上接近純剪。。3，影響型鋼鋼混凝土梁斜斜截面受剪性性能的因素（2）型鋼腹板板含鋼率含鋼率：ρ＝Aw/bh0由于型鋼腹板板的剛度較大大，斜裂縫出現前前，其剪應變與與混凝土的基基本一致。斜裂縫出現后后，由于型鋼對對腹部的混凝凝土有約束作作用，梁的抗剪剛度度降低不多；型鋼腹板屈服后，對混凝土的的約束喪失，，梁的抗剪剛剛度降低較快快，變形增大大。但其極限限變形遠大于于混凝土梁，，表現出較好的延性性性能。3，影響型鋼鋼混凝土梁斜斜截面受剪性性能的因素（3）配箍率率配箍率：ρsv＝Asv/bs裂縫出現前，，箍筋的應力力很小，基本本不起作用；；設計合理的適適筋梁，剪壓壓破壞時，箍箍筋基本屈服服；箍筋的約束作作用還能有效效防止型鋼翼翼緣與混凝土土交界面的剪剪切破壞3，影響型鋼鋼混凝土梁斜斜截面受剪性性能的因素（4）型鋼翼翼緣寬度與梁梁寬度比bf/b型鋼翼緣對梁梁腹部混凝土土具有約束作作用，能提高高梁的承載力力和變形能力力；但是，如果比值過大大，使梁側混混凝土保護層層厚度過小，，容易產生剪剪切粘結破壞壞（5）混凝土土強度等級一般，混凝土土部分受剪承承載力隨混凝凝土強度提高高而提高；剪跨比一定時時，抗剪承載載力隨混凝土土強度提高剪跨比較小時時，增長率較較大剪跨比較大時時，增長率較較小4，型鋼混凝凝土梁斜截面面的抗剪承載載能力計算方方法分為以下三種種：（1）將腹板板看作連續分分布的箍筋，，采用混凝土土梁的計算方方法。含鋼量小時，，基本符合實實際2）剪力分配配計算方法荷載的反復作作用型鋼與混混凝土之間的的粘結作用喪喪失，剪力由由型鋼部分和和鋼筋混凝土土部分一起承承擔。計算較復雜，，不易準確4，型鋼混凝凝土梁斜截面面的抗剪承載載能力計算方方法（3）疊加方方法用型鋼部分與與鋼筋混凝土土部分受剪承承載力之和作作為型鋼混凝凝土構件的受受剪承載力。。我國采用此種種方法5，抗剪承載載能力計算抗剪承載能力力的計算公式式：型鋼混凝土梁梁的抗剪承載載力由混凝土土，型鋼和箍箍筋三者組成成：2)與斜裂縫縫相交的箍筋筋承擔的受剪剪承載力可表表示為：1)混凝土部部分的受剪承承載力可表示示為：5，抗剪承載載能力計算在均布荷載作作用下，型鋼鋼混凝土梁抗抗剪達到極限限狀態時，型型鋼腹板的應應力，基本上上可取型鋼純純剪狀態時的的剪切屈服強強度5，抗剪承載載能力計算在集中荷載作作用下，型鋼鋼的抗剪能力力隨著剪跨比比的增加反而而降低，其腹腹板的抗剪強強度為：5，抗剪承載載能力計算則承載力計算算公式：非抗震設計均布荷載作用用下：集中荷載作用用下：抗震設計：均布荷載作用用下：集中荷載作用用下：5，抗剪承載載能力計算截面適用條件件：非抗震設計抗震設計為了避免型鋼鋼含量過小，，要求滿足第五節型型鋼混凝凝土梁裂縫和和變形驗算1，為什么要要控制裂縫寬寬度2，裂縫控制制的兩個基本本問題3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計算4，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的驗算與與裂縫控制值值5，型鋼混凝凝土梁的剛度度與變形計算算1，為什么要要控制裂縫寬寬度控制裂縫寬度度的理由是，，過大的裂縫縫會引起混凝凝土中型鋼和和鋼筋的嚴重重銹蝕，降低低構件的耐久久性，從而使使結構的承載載能力降低；；同時，過寬寬的裂縫會損損壞結構的外外觀，給人們們心理上造成成不安全感。。2，裂縫控制制的兩個基本本問題裂縫控制的兩兩個基本問題題：裂縫寬度的計計算和達到正正常使用極限限狀態時的裂裂縫寬度限值值。正常使用極限限狀態的一個個問題是型鋼鋼混凝土梁的的裂縫控制，，另一個問題題是型鋼混凝凝土梁的剛度度和變形計算算。3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計算型鋼混凝土受受彎構件裂縫縫寬度計算的的基本假定：：（1）使用階階段截面應變變符合平截面面假定。（2）鋼筋，，型鋼和混凝凝土開裂前均均在彈性范圍圍內工作。（3）開裂截截面不考慮混混凝土的受拉拉作用。（4）非開裂裂截面受拉區區混凝土應力力均勻分布。。3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計算型鋼混凝土受受彎構件裂縫縫寬度計算的的位置應在受拉鋼筋合力力處為基準。最大裂縫寬度度的計算：3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計算3，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的計算4，型鋼混凝凝土梁裂縫寬寬度的驗算與與裂縫控制值值在型鋼混凝土土受彎構件中中，型鋼混凝凝土梁最大裂裂縫寬度應按按荷載短期效效應組合，并并考慮長期荷荷載作用的影影響計算.室內正常環境境下最大裂縫縫寬度限值取取0.3mm，露天或室室內高濕度環環境條件下的的構件取0.2mm5，型鋼混凝凝土梁的剛度度與變形計算算型鋼混凝土梁梁的剛度計算算的基本假定定：（1）在使用用荷載階段，，型鋼混凝土土梁符合平截截面假定