鋼骨混凝土課件

型鋼混凝土小組成員：型鋼混凝土結(jié)構(gòu)概念：型鋼混凝土結(jié)構(gòu)1在英美等國被稱為“混凝土包鋼結(jié)構(gòu)”（concrete-encasedsteel-work）；2前蘇聯(lián)稱之為“勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”；3在日本則被稱為“鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”（steelreinforcedconcrete，簡寫為SRC）。它是把型鋼埋入混凝土中，并配有適量的縱向鋼筋和箍筋的一種結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)件的承載能力主要依靠型鋼部分。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件按型鋼配置可分為實腹式和空腹式兩大類。其中實腹式型鋼有軋制或焊接工字鋼、槽鋼及H型鋼等。實腹式配鋼型鋼混凝土柱型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件常見的型鋼混凝土構(gòu)件包括：型鋼混凝土柱、型鋼混凝土梁、型鋼混凝土剪力墻。型鋼混凝土優(yōu)點：1.變形能力強(qiáng)，抗震性能好；由于型鋼的存在，構(gòu)件延性得到很大改善。2.在截面尺寸相同的情況下，可以合理的配置較多的鋼材，提高梁柱截面的含鋼率，滿足規(guī)范對柱軸壓比的要求；由于徐變引起的變形較小。3.施工時，型鋼具有較大的承載力，部分起到腳手架作用，與壓型鋼板組合樓蓋結(jié)合，可以大大減少模板工作量。4.當(dāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為鋼筋混凝土、上部為鋼結(jié)構(gòu)時，采用鋼骨混凝土作為過渡層可以使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力傳遞更為合理。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比鋼骨混凝土缺點：1.由于構(gòu)件同時存在鋼骨和鋼筋，澆筑混凝土比較困難。2.鋼材用量較大，建設(shè)費用較高。（80～180kg/m2）3.由于型鋼表面光滑，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)性能較差。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比與鋼結(jié)構(gòu)相比型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：1.混凝土兼有受力和保護(hù)層的雙重作用，防火防銹蝕性能好，經(jīng)濟(jì)性較好。2.結(jié)構(gòu)剛度大，外力作用下，結(jié)構(gòu)變形較小。3.混凝土對于提高鋼骨的整體穩(wěn)定性、鋼板的局部穩(wěn)定性有利，構(gòu)件的延性仍較好。型鋼混凝土柱的抗震性能影響型鋼混凝土柱抗震性能的主要因素：1剪跨比的影響剪跨比對柱抗震性能的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面剪跨比對柱的破壞形態(tài)具有顯著影響,隨著剪跨比由小變大,型鋼混凝土柱會發(fā)生剪切斜壓破壞、剪切粘結(jié)破壞和彎曲型破壞,破壞時,延性隨著剪跨比的增大而提高。另一方面,剪跨比也影響柱的抗剪承載力,一般抗剪承載力隨著剪跨比的增大而減小,但是當(dāng)剪跨比大于一定的值時,剪跨比對承載力的影響將不明顯。型鋼混凝土柱的抗震性能影響型鋼混凝土柱抗震性能的主要因素：3配箍率和箍筋形式的影響鋼筋混凝土柱在相同軸壓比的情況下,位移延性系數(shù)隨配箍率的提高而增大。根據(jù)已有的試驗,型鋼混凝土柱的位移延性系數(shù)也隨配箍率的提高而增大,因此配箍率對型鋼混凝土柱的抗震性能具有一定的影響。但是對型鋼高強(qiáng)混凝土柱而言,由于混凝土的在軸向壓力下的橫向變形小,提高配箍率能否有效的改善構(gòu)件的延性,還需要進(jìn)一步的試驗研究。螺旋箍筋和復(fù)合箍筋能對核心混凝土提供更強(qiáng)的約束,因此采用螺旋箍筋和復(fù)合箍筋的構(gòu)件的延性系數(shù)更高,抗震性能更好。但是螺旋箍筋和復(fù)合箍筋都存在施工復(fù)雜的缺點,究竟該采用何種箍筋形式既有利于提高構(gòu)件的延性又有利于施工方便,這需要進(jìn)一步的研究。型鋼混凝土柱的抗震性能影響型鋼混凝土柱抗震性能的主要因素：5混凝土強(qiáng)度的影響混凝土強(qiáng)度對柱的抗震性能有顯著影響,隨著混凝土強(qiáng)度等級的增加,應(yīng)力-應(yīng)變曲線的下降段陡,脆性性質(zhì)明顯。因此,隨著混凝土強(qiáng)度的提高,型鋼混凝土柱的延性越來越小,抗震性能越來越差。型鋼混凝土梁受力性能及特點荷載變形曲線型鋼混凝土梁彎矩應(yīng)力分布型鋼混凝土梁受力性能及特點荷載變形曲線型鋼與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度與鋼筋混凝土相比低很多，在反復(fù)荷載作用下，型鋼與混凝土粘結(jié)破壞明顯，受拉區(qū)混凝土的裂縫少而寬；修正平截面假定示意圖由于型鋼混凝土梁在加載后期發(fā)生了較大的粘結(jié)滑移，顯然截面應(yīng)變已經(jīng)不符合平截面假定，在型鋼上下翼緣處發(fā)生了應(yīng)變突變。可采用修正的平截面代替實際多折線的截面應(yīng)變分布來簡化計算。型鋼混凝土梁受力性能及特點混凝土保護(hù)層較小時粘結(jié)劈裂裂縫嚴(yán)重，最后因保護(hù)層剝落而破壞。試件加載圖首先在純彎段出現(xiàn)裂縫，裂縫開展到型鋼下翼緣附近，不再發(fā)展，荷載加大到一定程度后，型鋼受拉翼緣屈服，裂縫迅速發(fā)展，部分可發(fā)展到型鋼翼緣附近。加載到極限荷載80%左右，受壓翼緣高度處出現(xiàn)水平粘結(jié)裂縫。荷載進(jìn)一步增加水平裂縫貫通，保護(hù)層剝落，受壓區(qū)混凝土壓碎而破壞。型鋼混凝土梁受力性能及特點型鋼混凝土梁在反復(fù)彎曲作用下的滯回曲線a實腹式鋼骨b綴板式鋼骨各國型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的基本情況美國SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范美國在很早以前,就在鋼筋混凝土技術(shù)中使用了SRC結(jié)構(gòu)。1979年由SSLC提出了基于純型鋼的允許應(yīng)力設(shè)計法。在1989年的美國鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范ACI中,將型鋼視為等值的鋼筋,然后再以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法進(jìn)行SRC構(gòu)件設(shè)計,這種方法的優(yōu)點在于對SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮了構(gòu)件的“變形協(xié)調(diào)”和“內(nèi)力平衡”,但沒有考慮型鋼材料本身的殘余應(yīng)力和初始位移。在1993年的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范AISC-LRFD中,采用極限強(qiáng)度設(shè)計法來設(shè)計SRC結(jié)構(gòu),將鋼筋混凝土部分轉(zhuǎn)換為等值型鋼,再以純鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)設(shè)計,并考慮了殘余應(yīng)力和初始位移。此方法最突出的優(yōu)點是很容易得到構(gòu)件的彎矩與軸力,但由于它是以考慮初始位移和殘余應(yīng)力的純鋼結(jié)構(gòu)為設(shè)計基礎(chǔ),是否符合組合構(gòu)件的實際受力行為仍有待于進(jìn)一步探討。各國型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的基本情況前蘇聯(lián)SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范前蘇聯(lián)SRC結(jié)構(gòu)應(yīng)用比日本、美國等國家晚,電子建設(shè)部于1951年頒布了SRC結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范,其設(shè)計方法采用極限強(qiáng)度法;1978年又出版了SRC結(jié)構(gòu)設(shè)計指南CИ3-78,其內(nèi)容主要是以實腹式型鋼為主,并強(qiáng)調(diào)了箍筋和縱筋的作用,認(rèn)為型鋼與混凝土之間具有可靠的粘結(jié)力,即將型鋼視為分散于混凝土之中的鋼筋，并認(rèn)為型鋼與混凝土完全共同工作，這過分夸大了型鋼與混凝土的粘結(jié)作用因此計算結(jié)果偏于不安全。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能型鋼混凝土粘結(jié)滑移的基本概念型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中,鋼材和混凝土兩種材料共同工作的前提是型鋼混凝土粘結(jié)作用,伴隨型鋼混凝土粘結(jié)作用,會產(chǎn)生沿連接面上的型鋼與混凝土之間的相對滑移。型鋼混凝土粘結(jié)滑移性能是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)理論研究的關(guān)鍵問題,直接涉及到型鋼混凝土構(gòu)件變形和承載能力計算理論、型鋼混凝土節(jié)點中剪力傳遞計算、有限元分析中型鋼混凝土粘結(jié)滑移的數(shù)值模擬及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)錨固可靠度設(shè)計等主要問題。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能型鋼混凝土粘結(jié)滑移的基本概念型鋼與混凝土的粘結(jié)力主要由兩部分組成。即混凝土的化學(xué)膠結(jié)力和混凝土與型鋼表面的摩阻力。也有考慮機(jī)械咬合力，視型鋼表面情況而定。這3部分在整個型鋼混凝土粘結(jié)作用中分別占多少比重，是如何工作的，分別受到什么因素的影響，如何加強(qiáng)型鋼與混凝土的自然粘結(jié)強(qiáng)度，粘結(jié)的破壞機(jī)理、破壞過程是如何？都需要進(jìn)一步的試驗研究和分析論證。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能型鋼混凝土粘結(jié)滑移的基本概念局部最大粘結(jié)強(qiáng)度一般取局部的最大粘結(jié)應(yīng)力值為局部最大粘結(jié)強(qiáng)度,這主要是作為粘結(jié)裂縫開展的控制條件,可用于計算粘結(jié)破壞的開裂荷載。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能型鋼混凝土粘結(jié)滑移的基本概念殘余粘結(jié)強(qiáng)度型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的粘結(jié)強(qiáng)度在型鋼與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力完全喪失后,只有摩擦阻力和機(jī)械咬合力作貢獻(xiàn),粘結(jié)強(qiáng)度保持一定的殘余值,并不隨粘結(jié)滑移的發(fā)展而降低,習(xí)慣上稱此粘結(jié)強(qiáng)度為殘余粘結(jié)強(qiáng)度。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能型鋼混凝土粘結(jié)滑移的基本概念粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在受力后,由于粘結(jié)內(nèi)裂縫以及混凝土劈裂裂縫的存在,在型鋼混凝土的連接面區(qū)域內(nèi),應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)非常復(fù)雜。為便于分析,一般都將型鋼周圍的這一具有特殊力學(xué)性質(zhì)的混凝土層(滑移層)的變形歸為型鋼混凝土連接面上的相對滑移,并根據(jù)粘結(jié)應(yīng)力τ和粘結(jié)滑移S的對應(yīng)關(guān)系,建立型鋼混凝土的粘結(jié)滑移本構(gòu)關(guān)系,一般簡稱為粘結(jié)滑移的τ—S關(guān)系,粘結(jié)應(yīng)力是指型鋼表面剪應(yīng)力,滑移為型鋼與連接面上對應(yīng)位置混凝土的相對錯位。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能影響型鋼混凝土粘結(jié)性能的主要因素的確定：(1)混凝土強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系一方面,研究人員得出型鋼混凝土粘結(jié)強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度有著直接的關(guān)系,其他關(guān)于型鋼混凝土粘結(jié)滑移的研究以及組合梁粘結(jié)滑移性能、外包鋼與混凝土粘結(jié)性能、鋼管混凝土粘結(jié)性能、鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的試驗研究也均表明,鋼與混凝土的粘結(jié)與混凝土的強(qiáng)度有密切的關(guān)系。另一方面,通過統(tǒng)計有關(guān)文獻(xiàn)的試驗研究結(jié)果,得到混凝土強(qiáng)度對型鋼混凝土粘結(jié)強(qiáng)度無明顯影響的結(jié)果,但是由于各試驗研究的結(jié)果本身存在的不可避免的誤差,而且各試驗研究在試驗條件上不盡相同，并且圖中的數(shù)據(jù)具有較大的離散性，所以需要進(jìn)一步的研究。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能影響型鋼混凝土粘結(jié)性能的主要因素的確定：(2)型鋼表面狀況與粘結(jié)性能的關(guān)系國外人員專門研究了型鋼表面狀況對粘結(jié)強(qiáng)度的影響情況,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過噴砂處理的型鋼表面,其與混凝土的粘結(jié)性能有較大提高。但是在另外一些文獻(xiàn)的試驗結(jié)果的綜合中,卻又得不到相似的結(jié)論,這也有待于進(jìn)一步試驗研究。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能影響型鋼混凝土粘結(jié)性能的主要因素的確定：(3)橫向配箍率與粘結(jié)性能的關(guān)系大多數(shù)試驗研究都得到橫向配箍率雖然不能明顯提高型鋼混凝土在滑移前的粘結(jié)強(qiáng)度,但能大大提高滑移發(fā)生后的粘結(jié)強(qiáng)度。但是,橫向配箍率和型鋼混凝土滑移發(fā)生后的粘結(jié)強(qiáng)度的確定關(guān)系卻沒有明確的結(jié)論,而且,關(guān)于配箍形式對粘結(jié)強(qiáng)度的影響的研究也很少。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能影響型鋼混凝土粘結(jié)性能的主要因素的確定：(4)混凝土保護(hù)層厚度與粘結(jié)性能的關(guān)系以往的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度較小時,粘結(jié)強(qiáng)度隨保護(hù)層厚度的增加而增加,型鋼混凝土保護(hù)層厚度對粘結(jié)強(qiáng)度有較大的影響;而當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度較大時,保護(hù)層厚度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響不明顯。但是,建立的兩個型鋼混凝土臨界保護(hù)層厚度計算方法都未曾考慮混凝土強(qiáng)度、橫向配箍率等因素的影響,存在一定的缺陷。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能影響型鋼混凝土粘結(jié)性能的主要因素的確定：(5)影響型鋼混凝土粘結(jié)性能的其它影響因素除了混凝土強(qiáng)度、型鋼表面狀況、橫向配箍率、混凝土保護(hù)層厚度和剪力連接件這些研究比較普遍的五個因素對型鋼混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響沒有最終形成定論外,對其他因素的研究也較少,比如,型鋼截面尺寸、型鋼錨固長度、混凝土澆注位置、混凝土的水灰比、骨料級配、齡期等等,而這些因素在個別試驗研究中卻表現(xiàn)出對型鋼混凝土粘結(jié)性能有較大的影響。型鋼混凝土構(gòu)件粘結(jié)性能型鋼混凝土粘