服务热线15631126849

当前位置:主页 > 新闻中心 >

轻钢别墅——楼面梁设计—钢与混凝土组合梁设

发布日期:2020-05-12 18:13

1.组合梁的组成
钢与混凝土组合梁是由钢梁和钢筋混凝土板组成的,且通过在钢梁上翼缘表面设置抗剪连接件使钢梁与混凝土板两者成为整体共同工作。在组合梁的正弯矩区段,混凝土处于受压状态,钢梁处于受拉状态,两种材料能充分发挥各自长处,受力合理,且混凝土楼板对钢梁的整体和局部稳定能起到较好的约束作用。根据钢梁截面形式和混凝土板的种类不同,组合梁常用形式如图5-17所示。
 
 
组合梁由钢筋混凝土翼缘板、托板、抗剪连接件和钢梁四部分组成的。钢筋混凝土翼缘板作为组合梁的受压翼缘,可保证钢梁的侧向整体稳定,一般可采用现浇或压型钢板组合的钢筋混凝土板,也可采用预制的钢筋混凝土板。板托可设置或不设置,应根据工程的具体情况确定,宜优先采用混凝土板托,但在组合梁截面计算中一般不考虑其板托的作用。抗剪连接件是钢筋混凝土翼缘板与钢梁能否组合成整体而共同工作的关键,主要用来承受两者界面上的纵向剪力,限制两者相对滑移和掀起;同时还需承受混凝土翼缘板与钢梁之间的掀起力,防止两者分离
抗剪连接件宜采用栓钉,也可采用弯起钢筋、槽钢或有可靠连接保证的其他类型连接件,如图5-18所示。其中,栓钉和弯筋属于柔性连接件,而槽钢属于刚性连接件。
 
2.组合梁受力状态与破坏模式
在组合梁中,钢梁与混凝土翼板共同工作的前提条件是:钢梁上翼缘设置足够的抗剪连接件,并深入混凝土翼板内,能够阻止混凝土翼板与钢梁之间产生相对滑移,使两者的弯曲变形协调,共同承担外荷载作用。
1)受力状态
按钢梁与混凝土翼板界面上的滑移大小来分类,组合梁可分为:完全抗剪连接组合梁和部分抗剪连接组合梁。完全抗剪连接:组合梁叠合面上抗剪连接件的纵向水平抗剪承载力能保证最大弯矩截面上抗弯承载力得以充分发挥。部分抗剪连接:在混凝土翼板与钢梁的接触面上,设置一定数量的抗剪连接件,且组合梁剪跨内抗剪连接件的数量小于完全抗剪连接所需的连接件数量
(1)完全抗剪连接组合梁
完全抗剪连接组合梁是通过抗剪连接件将混凝土翼板与钢梁紧密地连接在一起,两者成为一个整体共同工作。在荷载作用下,截面仅有一个中和轴,中和轴以上截面(主要为混凝土翼板)受压,中和轴以下截面(主要为钢梁)受拉。在外荷载作用下,完全抗剪连接组合梁截面是通过混凝土翼板和钢梁共同承受弯矩,如图5-19(a)所示;在弯曲状态下截面弹性应力分布和应变分布分别如图5-19(b)、(c)所示。
 
(2)部分抗剪连接组合梁
部分抗剪连接组合梁的受力状态是混凝土翼板和钢梁各自受弯,如图5-20(a)所示。在弯曲状态下,接触面上出现相对滑移,截面应力分布和应变分布分别如图520(b)、(c所示。2)破坏形式
 
根据组合梁的抗剪连接程度以及混凝土翼板中的横向钢筋配筋率的不同,组合梁在弯矩作用下可能发生四种不同的破坏形式,即弯曲破坏、弯剪破坏、纵向剪切破坏以及纵向劈裂破坏。通常情况下,这四种破坏形式均是由于组合梁中混凝土翼板的不同破坏引起。 
3.组合梁的计算方法与设计原则
1)计算方法
组合梁计算应遵循承载力极限状态和正常使用极限状态。目前,组合梁的计算方法主要有两种:弹性理论和塑性理论。在承载力极限状态下,对直接承受动力荷载或截面受压板件宽(高)厚比不满足塑性设计要求(表5-5)的简支组合梁,采用弹性理论方法计算,且荷载作用效应取基本组合设计值(若需考虑混凝土徐变的影响,则荷载作用效应可取准永久组合设计值);对不直接承受动力荷载的简支组合梁,可采用塑性理论方法。在正常使用极限状态下,组合梁计算应采用弹性理论方法,且荷载作用效应可分别取荷载标准值的短期效应和长期效应
对组合梁承载力的计算,由于弹性理论方法比较繁琐,工程设计中较少采用,且限于教材篇幅,本节仅介绍按塑性理论计算方法,在多数情况下,组合梁应按两阶段(施工阶段和使用阶段)分别进行计算与设计,具体方法如下。
 
(1)第一阶段(施工阶段)
在组合梁中混凝土翼缘板强度达到75%前,钢梁单独承受组合梁的自重与全部施工荷载。钢梁的强度、稳定性和挠度可按5.4.1节内容进行计算,且钢梁的跨中挠度不宜过大,一般不应超过25m,以防止钢梁下凹段带来混凝土用量和自重的增加
(2)第二阶段(使用阶段)
在组合梁中混凝土翼缘板强度达到75%后,组合梁(钢梁与混凝土翼缘板)承担全部荷载(扣除施工活荷载)组合梁在设计过程中应遵循下列原则
(1)对不直接承受动力荷载的简支组合梁或多跨连续组合梁,承载力计算可采用塑性理论方法,且不考虑混凝土的徐变和收缩的影响;
(2)为了简化计算,组合梁截面设计可不考虑板托截面的影响和受拉混凝土的作用;
(3)当组合梁截面设计按塑性理论方法计算时,钢材强度设计值应乘以0.9的折减系数;
(4)组合梁挠度应按荷载标准组合和准永久组合分别进行计算;
(5)组合梁抗剪连接件的设计方法应采用与组合梁截面抗弯承载力相同的计算方法(弹性理论方法或塑性设计方法);
(6)在连续组合梁的支座负弯矩截面处,混凝土翼缘板由于受拉开裂退出工作,但其有效宽度范围的纵向受拉钢筋仍可参与工作;且应对支座附近处钢梁下翼缘的侧向稳定性进行验算
4.组合梁混凝土翼缘板的有效计算宽度
组合梁混凝土翼缘板的有效计算宽度b分布如图5-21所示,可按下式计算。b=b0+b1+b2
式中b0板托顶部的宽度,当板托倾角a<45时,可取a=45计算板托顶部的宽度;当无板托时,则取钢梁上翼缘的宽度
b1、b2—梁外侧和内侧的翼板计算宽度,各取l/6(为梁的跨度)和6ha(ha为混凝土板厚度)两者的较小值;此外,b1尚不应超过混凝土翼板的实际外伸宽度S1,b2不应超过相邻钢梁上翼缘或板托间净距s的1/2;当组合梁为中梁时,式(5-31)中b1=b2
 
ha混凝土翼缘板的厚度,当采用压型钢板组合楼板时,ha应等于组合板的总厚度减去压型钢板的肋高,但在计算混凝土翼缘的有效宽度,压型钢板混凝土组合板的翼缘厚度h可取带肋处板的总厚度
5.简支组合梁承载力的计算
 
1)完全抗剪连接简支组合梁
(1)适用条件
完全抗剪连接简支组合梁按塑性理论计算承载力,应满足下列条件
①不直接承受动力荷载;
②组合梁中钢梁能全截面塑性,且钢材的力学性能应满足强屈比fu/y≥1.2、伸长率≥15%、极限应变cu≥20e(e为对应于抗拉极限强度/u的应变;ey为屈服点应变);
③组合梁中钢梁在出现全截面塑性前,其受压翼缘和腹板不应发生局部屈曲;
④组合梁中钢梁的整体稳定有保证;
⑤组合梁的塑性中和轴位于钢梁截面内,且钢梁受压翼缘和腹板板件的宽(高)厚比应符合表5-5的规定
 
(2)基本假定
完全抗剪连接简支组合梁按塑性理论来进行承载力计算,应符合下列基本假定
①钢梁与混凝土翼板之间应有可靠的抗剪连接
②全部剪力由钢梁腹板承担;
③塑性中和轴以上混凝土截面的压应力分布图形为矩形,应力值达到f,其中f混凝土轴心抗压强度设计值;
④对承受正弯矩的组合梁截面或承受负弯矩且满足式(5-32)的组合梁截面,可不虑弯矩和剪力之间的相互影响
式中Ax负弯矩区混凝土翼缘板有效宽度范围内的纵向钢筋截面面积;A钢梁截面面积
fsp钢筋抗拉塑性强度设计值,取0.9fy;fp钢材的强度设计值,取0.9f
(3)截面分类
根据塑性中和轴的位置不同,简支组合梁的截面可分为两大类①第一类截面:组合梁的塑性中和轴位于混凝土翼板内,如图5-22(a)所示;②第二类截面:组合梁的塑性中和轴位于钢梁内,且钢梁的截面板件宽厚比满足表5-5的要求,如图5-22(b)所示
 
(4)承载力计算
完全抗剪连接组合梁的抗弯和抗剪承载力的计算公式参见表58,其计算简图如图5-22所示。
2) 部分抗剪连接简支组合梁
(1)适用条件
部分抗剪连接简支组合梁按塑性理论来进行承载力计算,应满足下列条件
①组合梁承受静荷载且集中力不大时,可采用部分抗剪连接组合梁;
②组合梁跨度不应超过20m;
③当钢梁为等截面梁时,其配置的连接件数量n1不得小于完全抗剪连接时的连接件数量n的50%。
(2)基本假定
部分抗剪连接简支组合梁按塑性理论来进行承载力计算时,应符合下列基本假定①抗剪连接栓钉全截面进入塑性状态
②混凝土翼板与钢梁之间产生相对滑移;
③混凝土翼板的剪力应取计算截面左右两个剪跨内的抗剪栓钉受剪承载力设计值之和的较小值
(3)承载力计算
部分抗剪连接简支组合梁的抗弯承载力可按下式进行计算,计算简图如图5-23所示
 
式中x混凝土翼缘板的受压区高度;
M
部分抗剪连接组合梁的截面抗弯承
载力;
部分抗剪连接时一个剪跨区的抗剪
连接件数目;
单个抗剪连接件的抗剪承载力
NS
6.连续组合梁承载力的计算
1)适用条件连续组合梁按塑性理论计算承载力,除了应满足简支组合梁按塑性理论计算的条件外,还应满足下列条件
(1)连续组合梁相邻两跨的跨度差不应超过短跨的45%;
(2)边跨的跨度不得小于邻跨跨度的70%,也不得大于邻跨跨度的11%
(3)在每跨的1/5跨度范围内,集中作用的荷载值不得大于此跨度总荷载的1/2;
(4)连续组合梁中间支座截面的材料总强度比y应满足下式要求
式中Ast混凝土翼板有效宽度内的纵向钢筋截面面积;
A3钢梁的截面面积
钢筋的抗拉强度设计值;
f钢材的抗拉强度设计值
2)抗弯承载力
连续组合梁中间支座截面的抗弯承载力计算仍可采用塑性理论方法。抗弯承载力计算公式如下,计算简图如图5-24所示。
 
式中M连续组合梁中间支座截面的塑性
抗弯承载力;
M钢梁截面的塑性受弯承载力,
取0.9Wpf;
A3t混凝土有效翼缘板计算宽度内纵
向钢筋截面面积;
钢筋的塑性强度设计值
取0.9f
yx钢梁截面中和轴至混凝土翼缘板顶面的距离减去0.53y0,ys=y=0.5y0,当ys0>y-ha-t时,取hal+try钢梁截面中和轴至混凝土翼缘板顶面的距离;yo钢梁截面中和轴至组合梁截面塑性中和轴的距离,y0= Ast fstp/(2wfp),当y0>y-hat时,取y=ha-t;
ha-混凝土翼缘板的计算厚度
钢梁腹板的厚度
t钢梁上翼缘的厚度;
a纵向钢筋形心立混凝土翼缘板顶面的距离
3)抗剪承载力
假定连续组合梁截面的全部竖向剪力均由钢梁的腹板承受,且当混凝土翼缘板的纵向钢筋配置满足式(5-36)条件时,其受剪承载力可按式(5-34)计算。
 
7.组合梁抗剪连接件设计
1)单个抗剪连接件的抗剪承载力
组合梁各种连接件的抗剪承载力N计算公式参见表59,计算简图如图525所示2)组合梁抗剪连接件的设计
在组合梁抗剪连接件设计时,假定混凝土翼板与钢梁界面上纵向水平剪力全部由抗剪连接件来承担,且不考虑混凝土翼板与钢梁之间的摩擦和粘结作用。组合梁抗剪连接件的塑性设计方法见表5-10。
 
8.组合梁纵向抗剪验算
组合梁混凝土翼板和板托内的横向钢筋计算可见表5-11,计算简图如图5-26所示
 
 
9.组合梁挠度与裂缝宽度验算
1)组合梁挠度的计算
(1)挠度计算
对简支组合梁,其挠度计算应根据施工阶段钢梁下有无设置临时支撑分成两种情况,且计算时应分别考虑荷载效应的标准组合和准永久组合。
①施工阶段钢梁下无临时支撑
组合梁的挠度可按下式计算:U组合梁的挠度;
式中
a施工阶段在自重标准值作用下的组合梁挠度U2组合梁在使用阶段后增加荷载的标准值和准永久组合作用下的挠度较大值
gk施工阶段组合梁自重的标准值;
p2k、p2k,分别为使用阶段后增加的按荷载效应标准组合和准永久组合的荷载标准值;钢梁截面的惯性矩
B组合梁的短期刚度,可按式(5-48)确定;B1组合梁的长期刚度,可按式(5-49)确定;E钢材的弹性模量;
组合梁的跨度;
LU受弯构件的挠度限值,对一般组合楼盖的主梁和次梁可分别按l/400和/250采用

上一篇:没有了

下一篇:轻钢别墅——楼面梁设计—钢梁设计

主营:轻钢别墅、景观房屋、办公别墅、移动别墅等,设计、生产、施工集成房屋服务商。电话:15631126849