組合樓板與組合梁PPT（73頁）

1、壓型鋼板與混凝土組合樓板設(shè)計 本章要點基本構(gòu)成;壓型鋼板的選擇;力學(xué)行為;承載能力: 彎矩; 縱向抗剪;豎向抗剪;功能;安裝二、壓型鋼板組合樓板與組合梁 組合樓板的優(yōu)點壓型鋼板可作為澆灌混凝土的模板；壓型鋼板非常輕便；壓型鋼板可代替受拉鋼筋；剛度較大，減輕結(jié)構(gòu)自重；有利于各種管線的布置、裝修方便；減小火災(zāi)發(fā)生的可能性；起到支撐鋼梁側(cè)向穩(wěn)定的作用。組合樓板型號-Profiled steel sheetGB/T12754-2006彩色圖層鋼板及鋼帶GB/T12755-2008建筑用壓型鋼板GB/50018-2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范選擇：高度混凝土覆高： 40mm40 mm構(gòu)造荷載:防火材料

2、，吸聲材料越高，承載力越大選擇：型號建筑因素:承載力板底處理功能因素:利于凈空高度及輔助吊掛火災(zāi)因素:利于火災(zāi)（高溫）熱脹冷縮壓型鋼板混凝土組合板1 組合板的構(gòu)造要求總厚度不應(yīng)小于90mm，翼緣以上混凝土hc不應(yīng)小于50mm混凝土強度不宜低于C20，骨料尺寸不應(yīng)大于0.4hc、肋的1/3和30mm三者中較小值應(yīng)布置分布筋，起到分布集中荷載的作用。兩個方向的配筋率不應(yīng)小于0.2簡支板的支座上應(yīng)配置構(gòu)造負彎矩鋼筋，以控制裂縫寬度。94、組合樓板設(shè)計組合樓板設(shè)計壓型鋼板作為組合板的主要承重構(gòu)件，混凝土只是作為樓板的面層以形成平整的表面及起到分布荷載的作用；壓型鋼板作為澆筑混凝土的永久性模板，并作為施

3、工時的操作平臺；考慮組合作用的壓型鋼板組合樓板（常用+學(xué)習(xí)） 組合樓板的兩階段設(shè)計施工階段：壓型鋼板作為模版及澆筑混凝土的作業(yè)平臺，在施工階段，彈性理論，進行強度和剛度驗算；使用階段：壓型鋼板相當(dāng)于鋼筋混凝土板中的受拉鋼筋考慮兩者的組合作用，彈塑性計算 施工階段板上混凝土硬化以前的階段承擔(dān)荷載為：自重、混凝土自重及施工荷載。當(dāng)跨中彎曲變形大于20mm，需考慮坑凹效應(yīng)增加的混凝土，計算時應(yīng)增加厚度0.7的混凝土自重 施工階段當(dāng)不加臨時支撐時，壓型鋼板的正截面抗彎承載能力應(yīng)滿足以下要求 壓區(qū)拉區(qū)使用階段壓型鋼板與混凝土形成整體，共同工作，一起共同承擔(dān)永久荷載及使用荷載按全部荷載作用在強邊(順肋)方

4、向單向板計算，且均按簡支板考慮 正截面受彎承載力交界面剪切粘結(jié)承載力抗沖切承載力斜截面受剪承載力變形驗算 雙向板計算時：計算強邊彎矩時，弱邊計算跨度取計算弱邊彎矩時，強邊計算跨度取強邊方向按組合板設(shè)計，弱邊方向只按壓型鋼板頂面以上的混凝土設(shè)計16使用階段fyp,d0.8fcd正截面受彎承載力壓型鋼板形心軸dpzNc,fNpMpl,Rd忽略受拉區(qū)混凝土壓型鋼板內(nèi)受拉= Ape fyp,d 混凝土內(nèi)等效壓力=bxpl 0.8fcdxpl= Ape fyp,d / 0.8 b fcd彎矩設(shè)計值Mpl,Rd= 0.8 Apefyp,d(dp - xpl/2)xpl截面中性軸如果中性軸在壓型鋼板內(nèi)？To

5、tal Mpl,Rd = Nc,f z + MprzNc,fMpr=0.85fcdfyp,dfyp,d+hcepeNc,f z Nc,f交界面剪切粘結(jié)承載力要求：在于鋼板與混凝土交界面上的粘結(jié)應(yīng)力應(yīng)不至于引起二者的相對滑移通常在界面剪力作用下，發(fā)生粘結(jié)破壞如何防治？（同組合梁）The m-k or shear-bond test 構(gòu)造要求 配筋要求：連續(xù)板或懸臂板的負彎矩區(qū)應(yīng)配置縱向受力鋼筋；在較大集中荷載區(qū)段和開洞周圍應(yīng)配置附加鋼筋；當(dāng)防火等級較高時，可配置附加縱向受力鋼筋；為提高組合板的組合作用，光面開口壓型鋼板，應(yīng)在剪跨區(qū)（均布荷載在板兩端L/4范圍內(nèi)）布置直徑為6mm間距150至300

6、mm的橫向鋼筋，縱肋翼緣板上焊縫長度不小于50mm。組合板應(yīng)設(shè)置分布鋼筋網(wǎng)，分布鋼筋兩個方向的配勁率不宜少于0.002 構(gòu)造要求 搭接長度：肋（弱邊）外伸強邊外伸施工安裝要求Positioning of SheetNotch around ColumnThrough Deck Welding安裝三、鋼與混凝土組合梁的設(shè)計五、組合梁的承載力 六、抗剪連接件設(shè)計 組合梁的承載力完全抗剪連接：抗剪連接件的縱向水平受剪承載力能夠保證梁的最大受彎承載力充分發(fā)揮；部分抗剪連接：抗剪連接件少于完全抗剪連接需要的數(shù)量時；實際工程中，具有良好的經(jīng)濟效益301、受彎承載力1.1 計算方法彈性理論早期設(shè)計方法先將混

7、凝土翼緣板折算成鋼材截面后按材料力學(xué)方法計算截面最大應(yīng)力不考慮塑性變形發(fā)展帶來的承載力潛力塑性設(shè)計方法考慮破壞前的塑性變形塑性變形較大，構(gòu)件高度降低較多，易發(fā)生局部屈曲、側(cè)向壓屈和彎扭壓屈，導(dǎo)致材料強度不能充分發(fā)揮，承載力降低。31組合梁的承載力1.1 計算方法塑性中和軸的位置：1）中和軸位于鋼梁腹板內(nèi)受壓區(qū)鋼梁上翼緣及鋼梁腹板有可能產(chǎn)生局部壓屈32組合梁的承載力1.1 計算方法塑性中和軸的位置：2）中和軸位于混凝土板內(nèi)鋼梁全截面受拉，不會產(chǎn)生局部壓屈33組合梁的承載力1.1 計算方法塑性中和軸的位置：為保證計算可靠，按塑性方法計算時應(yīng)采取措施保證鋼梁截面腹板和翼緣足夠的剛度，即在達到塑性受彎

8、承載力之前，截面能產(chǎn)生足夠的塑性轉(zhuǎn)角。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對塑性設(shè)計的板件寬厚比進行了限定。34組合梁的承載力組合梁的承載力1.1 計算方法板內(nèi)壓應(yīng)力：通過抗剪連接件傳遞受彎時，沿翼緣板寬度方向板內(nèi)壓應(yīng)力分布不均勻，鋼梁軸線附近較大，距軸線較遠的板中壓應(yīng)力較小。35組合梁的承載力1.2 受彎承載力計算(1)按塑性理論計算的基本假定；1）混凝土翼緣板與鋼梁為完全抗剪連接；2）塑性中和軸以上混凝土達到軸心抗壓設(shè)計強度；3）忽略塑性中和軸以下混凝土的抗拉強度；4）不計板托截面的作用；5）塑性中和軸以下鋼梁截面的拉應(yīng)力和塑性中和軸以上鋼梁截面的壓應(yīng)力取值：規(guī)范認為分別達到鋼材的相應(yīng)強度設(shè)計值f。36組合梁

9、的承載力1.2 受彎承載力計算(2)正彎矩截面的受彎承載力；兩種考慮位置（忽略板托的作用）1）中和軸位于混凝土板內(nèi)37組合梁的承載力1.2 受彎承載力計算(2)正彎矩截面的受彎承載力；兩種考慮位置（忽略板托的作用）1）中和軸位于鋼梁腹板內(nèi)38組合梁的承載力3、縱向界面受剪承載力界面抗剪：沿一個既定的平面抗剪為什么要進行縱向界面抗剪驗算：組合梁交界面上的剪力通過抗剪連接件傳遞到混凝土翼緣板上，將在連接件周圍的托板和混凝土翼緣板內(nèi)產(chǎn)生縱向剪力，可能導(dǎo)致混凝土翼緣板出現(xiàn)縱向裂縫。措施：橫向鋼筋39組合梁的承載力3、縱向界面受剪承載力縱向最不利受剪界面的兩種類型：40抗剪連接件設(shè)計若形成組合梁結(jié)構(gòu)，則

10、必須保證混凝土板與鋼梁的共同工作（無相對滑移）。與壓型鋼板組合梁要求一致采用抗剪連接件組合梁設(shè)計抵抗交界面剪切粘結(jié)破壞（抗剪）抵抗水平剪力和豎向掀起力 橫向鋼筋預(yù)制板工法抗剪連接件哪一種抗剪連接件最理想？抗剪連接件抗剪連接件推出試驗標準推出試驗標準試驗：獲得荷載-滑移曲線每次需做三組三次實驗值不應(yīng)差距10%;名義承載力極限PRk ： 實測極限值的10%滑移能力： 名義承載力極限對應(yīng)值標準推出試驗抗剪連接件延性 Ductile connector Non ductile connectorShear PShear PSlip s Slip s suPRkPRk為什么連接件延性重要？足夠的延性變形

11、能夠保證界面剪力重分布連接件如何破壞？Crushed concreteSlip抗剪連接的破壞形態(tài) 連接件受剪受拉破壞一般在混凝土強度等級比較高的情況下發(fā)生 連接件附近混凝土破壞 栓釘連接件的承壓應(yīng)力在底部最大，沿高度逐漸減小，當(dāng)接近頂部時承壓應(yīng)力開始反向 栓釘前方根部混凝土的局部受壓破碎或劈裂 抗剪連接件承載力 一般情況下掀起作用在栓釘中產(chǎn)生的拉力很小，可以忽略不計 0.7Adfdu 當(dāng)混凝土立方體強度fcu35N/mm2時，單根栓釘?shù)氖芗舫休d力與栓釘截面積、混凝土軸心抗壓強度fc和彈性模量Ec有關(guān)。當(dāng)混凝土強度fcu35N/mm2時，栓釘?shù)淖畲笫芗舫休d力取決于栓釘?shù)目辜裟芰?抗剪連接件的數(shù)量

12、和布置 完全抗剪連接組合梁的抗剪連接件設(shè)計應(yīng)保證梁截面在達到受彎承載力之前交界面不發(fā)生連接件的受剪破壞，因此，最大彎矩截面至零彎矩截面之間區(qū)段（剪跨區(qū)）內(nèi)的連接件數(shù)量按下式計算 剪跨區(qū)內(nèi)混凝土翼緣板和交界面的剪力設(shè)計值需要明確截面中性軸？ 中性軸在混凝土板內(nèi)0.8fcdfydNc,fNa,pl(=Nc,f)beffhatftwbfdhthgzhchpxc中性軸條件：Aa中性軸在鋼梁內(nèi)beffhchphatftwbfdhthg0.8fcdfydfyd2Nc,fNacNa,pl中性軸xc條件:Aa抗剪連接件的數(shù)量和布置由于剪力雙生互等，梁中任一點縱向剪力等于該點所在截面的豎向剪應(yīng)力。因此，交界面上

13、縱向剪力的分布與梁的剪力圖相似57按彈性理論設(shè)計連接件，其間距應(yīng)根據(jù)每個連接件承擔(dān)相等剪力的原則?？辜暨B接件的數(shù)量和布置但是，試驗研究顯示，栓釘作為柔性連接件具有良好的剪力重分布能力，即沿梁軸線均勻布置的連接件的縱向剪力也會趨于均勻，不會導(dǎo)致組合梁承載力的顯著降低。所以，實際工程中，連接件通常均勻布置，施工方便。注意：當(dāng)剪力分布有明顯的變化時，應(yīng)根據(jù)剪力圖布置連接件。58七、組合梁的變形計算 正常使用極限驗算通常，先進行承載力極限驗算（Ultimate limit state，ULS）；然后進行正常使用極限驗算（Serviceability limit states，SLS）;內(nèi)容:大變形：屬

14、于大部分情況，是比較重要的一項驗算內(nèi)容;振動：多針對承受動力荷載的組合樓板，比如舞蹈房，健身房;混凝土部分的開裂。變形 or 撓度（deflection）撓度極限:動力荷載下（普通材料） span/300動力荷載下（脆性材料） span/500一般荷載下 span/200變換截面先假定完全粘結(jié)梁;將混凝土部分等效為純鋼截面;然后求出E 和 Ibeffbeff/n八、部分抗剪連接組合梁 部分抗剪連接抗剪連接件的數(shù)量是按達到塑性受彎承載力時的交界面縱向剪力來確定（完全抗剪）。實際工程很難做到完全抗剪連接 同時：混凝土、鋼梁自重等荷載部分僅由鋼梁承擔(dān)，只有使用荷載才在交界面上產(chǎn)生縱向剪力當(dāng)組合梁的截

15、面尺寸不是取決于其塑性受彎承載力，而是由使用階段的變形或施工條件等其他因素確定時，也沒有必要按完全抗剪連接確定連接件的數(shù)量 選擇部分抗剪連接的原因：施工時，荷載由鋼梁承擔(dān)；使用時，才會產(chǎn)生縱向剪力，從保證使用階段混凝土和鋼梁的共同工作要求出發(fā)，沒有必要按塑性方法設(shè)計。當(dāng)組合梁尺寸不是由塑性受彎性能決定的，而是由使用階段或施工條件等其他因素確定的，也沒有必要按完全抗剪連接設(shè)計65部分抗剪連接部分抗剪連接如果連接件剛度足夠大，則基于完全抗剪連接進行組合梁設(shè)計是可行的。單位長度內(nèi)界面剪力九、連續(xù)組合梁第九節(jié) 連續(xù)組合梁與簡支梁的受力區(qū)別1、負彎矩區(qū)的受力性能1）中間支座附加截面混凝土翼緣板受拉開裂，抗彎以鋼梁為主。一般，支座截面是組合梁的薄弱環(huán)節(jié)；2）中間支座的鋼梁處于受壓區(qū)，其受壓翼緣和腹板可能發(fā)生局部失穩(wěn)，將影響截面承載力的發(fā)揮和內(nèi)力重分布。若荷載不利布置使某跨均為負彎矩時，梁還可能發(fā)生整體失穩(wěn)3）簡支組合梁跨中截面承受的彎矩大而剪力小，支座截面承受的剪力大而彎矩為零，可按純剪或純彎條件設(shè)計截面。在多跨連續(xù)組合梁中，中央支座截面上承受的彎矩和剪力同時為最大，屬于復(fù)雜受力狀態(tài)2、在負彎矩區(qū)，抗剪連接件的承載能力有所降低；（由于混凝