傅昶彬课件系列—组合结构第四章-钢-混凝土组合梁(3)

1、四川大学建环学院 2015.9,傅昶彬课件系列组合结构,第四章 钢-混凝土组合梁 （3）,主要内容,抗剪连接件设计 混凝土翼板的设计及构造要求 组合梁正常使用阶段验算,4.8 抗剪连接件设计,4.8.1 抗剪连接件的受力性能,刚性连接件 柔性连接件 完全抗剪连接 部分抗剪连接,连接件的变形,典型剪力-滑移曲线,栓钉破坏后的变形状况,界面处受栓钉挤压混凝土的断痕,4.8.2 抗剪连接件的主要类型和特点,抗剪连接件形式,刚性连接件,柔性连接件,4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法,栓钉与焊接瓷环,栓钉焊接部位的材质要求,栓钉焊接施工,栓钉规格,4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法,方式一：梁式试验,试验目的 确定单颗栓钉的抗剪承载力。,试验方式 梁式试验和推出试验。,梁式试验参考论文 蔡楠等 组合梁连接件（栓钉）剪切滑移的试验研究,4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法,方式二：欧洲规范4的标准推出试件,正视,侧视,俯视,主要有连接件弯剪破坏和连接件附近混凝土受压劈裂破坏两种形式。,4.8.3 栓钉的材性要求及试验方法,试验结论,推出试验比梁式试验所得栓钉抗剪承载力低，但偏低不多，用推出试验

2、承载力设计偏于安全。,推出试验中栓钉的受力状态与正弯矩作用下组合梁中的受力状态较为一致，但在负弯矩作用下，组合梁中混凝土翼板受拉，抗剪连接件的刚度和极限承载力比推出试验得到的结果低。因此，需要对负弯矩区栓钉的抗剪承载力进行折减（据钢规，中间支座乘0.9、悬臂乘0.8折减系数）。,讨论： 为何推出试验比梁式试验所得栓钉抗剪承载力低？,4.8.4 抗剪连接件的构造要求,连接件一般要求 P77,P78 栓钉连接件的要求 槽钢连接件和弯筋连接件的构造要求,栓钉构造一般要求,4.8.5 抗剪连接件的承载力计算,依据推出试验，主要考虑两种破坏形式。1971年Fisher给出的单颗栓钉抗剪承载力计算公式：,栓钉截面,混凝土抗压强度,混凝土弹性模量平均值,栓钉极限抗拉强度,实心混凝土翼板,1.栓钉连接件,4.8.5 抗剪连接件的承载力计算,我国钢规基于统计回归分析，得出当栓钉长径比4时的单颗栓钉抗剪承载力计算公式：,强屈比，4.6级栓钉1.67,实心混凝土翼板,1.栓钉连接件,4.8.5 抗剪连接件的承载力计算,压型钢板混凝土组合板,栓钉破坏模式,实心混凝土板,压型钢板混凝土组合板,破坏模式有别，连接

3、件抗剪承载力更低，依其板肋与钢梁的关系，应乘以不同的折减系数v。,1.栓钉连接件,4.8.5 抗剪连接件的承载力计算,2.槽钢连接件,在不具备栓钉焊接设备条件下采用。,槽钢翼缘平均厚,槽钢腹板厚,槽钢长度,3.弯筋连接件,通过与混凝土的锚固来抵抗纵向剪力，其弯起角取3555，当满足锚固长度时。,4.8.6 抗剪连接件布置方式,不等距布置 按弹性方法设计，要求任意截面的连接件受力低于其承载力设计值，按理应在纵向剪力较大的支座或集中力作用处布置较多的连接件，而其余位置则可减少连接件的数量，当活荷载水平较高且位置变化较明显时，连接件需要根据剪力包络图进行布置，这不仅设计较为复杂，给栓钉施工也带来很大困难。,连续组合梁剪跨段划分,有等距布置和不等距布置两种选择。,等距布置 实际工程多采用柔性连接件的组合梁，在承载力极限状态时，混凝土板与钢梁间将发生较充分的剪力重分布，使得各个连接件的受力趋于均匀，因此也可以采用塑性方法布置连接件，即等间距布置抗剪连接件，这给设计施工均带来很大方便。,4.8.6 抗剪连接件布置方式,4.8.6 抗剪连接件布置方式,1.按弹性理论计算,换算截面法 短期效应与长期效

4、应,钢梁与混凝土翼板交界面单位长度剪力设计值：,短期换算惯性矩,长期换算惯性矩,短期换算截面交界面以上面积矩,长期换算截面交界面以上面积矩,4.8.6 抗剪连接件布置方式,1.按弹性理论计算,按所划分的剪跨段计算确定抗剪连接件数量,m1剪跨总剪力,m1剪跨连接件数量,4.8.6 抗剪连接件布置方式,1.按塑性理论计算,连续组合梁剪跨段划分,采用栓钉等柔性抗剪连接件，在极限状态下各剪跨段内的抗剪连接件的受力几乎相等。,正弯矩区段剪跨 纵向剪力设计值,负弯矩区段剪跨 纵向剪力设计值,各剪跨段内抗剪连接件数量,4.8.6 抗剪连接件布置方式,1.按塑性理论计算,有较大集中力作用时抗剪连接件布置,【例题4-4】试按弹性和塑性方法分别设计例题4-1中组合梁的抗剪连接件数量，抗剪连接件采用Q235钢1670栓钉。,解：,作业 P98,习题1 分别按弹性方法和塑性方法计算确定栓钉数量。,4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算,压型钢板组合梁可能由于尺寸受限无法按完全抗剪连接设计。此外，在满足承载力和变形条件下，组合梁的承载力并未充分发挥时，也可按部分抗剪连接组合梁设计。,抗剪连接程度系数,部分连接

5、件数量,完全连接件数量,4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算,Mu与r的关系曲线,Mu/Muf,Ms/Muf,当r0.5时，可能发生抗剪连接件剪断的脆性破坏，故要求设计部分抗剪连接组合梁必须满足r0.5。,4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算,部分抗剪连接组合梁的极限抗弯承载力计算方法与完全抗剪连接组合梁相似。,抗剪连接件具有充分的塑性变形能力； 计算截面应力呈矩形分布，混凝土翼板中 的压应力达到抗压强度设计值，钢梁的拉、 压应力分别达到强度设计值； 混凝土翼板中的压力等于最大弯矩截面一 侧抗剪连接件所能够提供的纵向剪力之和； 忽略混凝土的抗拉作用。,计算假定,4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算,正截面承载力计算公式,4.8.7 部分抗剪连接组合梁承载力计算,正截面承载力计算公式,【例题4-5】采用P83例题4-4中按弹性方法计算确定的抗剪连接件数量，验算P63例题4-2组合梁塑性抗弯承载力是否满足要求。,解：,计算公式,4.9 混凝土翼板的设计及构造要求,混凝土翼板受多种应力作用，处于复杂的应力状态。应主要考虑翼板的纵向抗剪能力是否满足要求。,翼板可能发生纵向剪坏的界面

6、,验算公式,解读详P87,4.10 组合梁正常使用阶段验算,涉及挠度验算和负弯矩区段裂缝宽度验算两个问题。,4.10.1 组合梁变形特点及分析,1. 组合梁变形特点,交界面滑移产生附加挠度 混凝土翼板收缩徐变使挠度增大 混凝土翼板受拉开裂形成变截面刚度 剪力滞后估计不准确对变形的影响 温度作用对变形的影响 ,组合梁的实际挠度大于换算截面按结构力学方法计算的弯曲挠度。,4.10.1 组合梁变形特点及分析,组合梁挠度,按换算截面计算的挠度,滑移附加挠度,2. 滑移附加挠度分析,分析思路,简化问题提出假定微段梁滑移变形模型由微段梁静力平衡条件、物理条件和变形条件建立滑移变量s的微分方程求解微分方程并由边值条件确定方程解系数建立滑移变量s与附加挠度的关系得出附加挠度公式对附加挠度公式进行简化。,简化假定,钢梁与混凝土板交界面上的水平剪力与相 对滑移成正比（同一截面处钢梁与混凝土 翼板间的水平位移差）； 钢梁和混凝土翼板具有相同的曲率并分别 符合平截面假定； 忽略钢梁与混凝土翼板间的竖向掀起作用。,4.10.1 组合梁变形特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,滑移微分方程,4.10.1 组合梁变形

7、特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,简支组合梁挠度计算模型,一个连件间距范围内剪力,任务：建立微分方程,同一截面栓钉个数ns,单个栓钉极限抗剪承载力,微段梁变形模型,滑移微分方程,y1,滑移微分方程,滑移微分方程,P89式（4-79）有误,弯矩拉应变,轴力压应变,轴力拉应变,弯矩压应变,滑移微分方程,教材P89式4-82有误,滑移微分方程,教材P90参数有误,滑移微分方程,教材P90式（4-83）有误,方程解与附加曲率的关系,方程解与附加曲率的关系,4.10.1 组合梁变形特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,教材P90式（4-85）有误,附加挠度,4.10.1 组合梁变形特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,附加挠度,4.10.1 组合梁变形特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,教材P90式（4-88）有误，推导结果与（4-91）相同,附加挠度,4.10.1 组合梁变形特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,作业 试推导以上两种受力模式的附加挠度公式。,集中力到跨中的距离,教材P90式（4-89）和式 （4-92）有误,简化挠度公式,4.10.1 组合梁变形特点及分析,2. 滑移附加挠度分析,

8、4.10.2 组合梁变形计算方法,无论是简支组合梁还是连续组合梁，均要求按荷载标准组合和荷载准永久组合两种情况进行挠度验算，容许值详表4-6。,挠度计算公式考虑荷载、滑移和徐变三种效应。,简支组合梁,刚度公式,4.10.2 组合梁变形计算方法,连续组合梁,目前各国主要的结构设计规范均建议按照变截面杆件计算连续组合梁的挠度。 据试验分析，可以在支座两侧各15跨度范围内采用负弯矩截面的抗弯刚度，其余区段采用正弯矩作用下的组合截面刚度，然后按照弹性理论计算组合梁的挠度。 负弯矩区只考虑钢梁和钢筋形成的组合作用，正弯矩区则采用考虑滑移效应的折减刚度。,4.10.2 组合梁变形计算方法,连续组合梁,正弯矩区截面刚度,负弯矩区截面刚度,挠度公式详表4-7和表4-8,【例题4-6】按例题4-4塑性抗剪连接设计，验算例题4-1简支组合梁挠度。,解：,在荷载效应标准组合下的挠度验算,在荷载效应准永久组合下的挠度验算,4.10.3 混凝土翼板裂缝宽度计算,ys1,作业 P98,选作习题2 试验算连续组合梁边跨的挠度。 说明： 简化为5等跨变截面连续梁用有限元软件建模计算； 只验算荷载标准组合（满跨布置）作用下的挠度，挠度限值为l/400。,

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