組合結構理論：壓型鋼板與混凝土組合板

第三章壓型鋼板與混凝土組合板《組合結構理論》姓名王鵬專業(yè)結構工程學號1壓型鋼板與混凝土組合板目錄3.1概述43.2壓型鋼板-混凝土組合板的類型93.3壓型鋼板的形式及截面特征113.4組合板的破壞模式133.5組合板的設計和計算163.6組合板的計算原則和方法2223.7組合樓板的振動控制263.8構造要求273.9組合板的有限元分析313.10組合板研究的熱點和難點問題4333.1概述1.基本概念：壓型鋼板與混凝土組合板是20世紀60年代前后興起的一種新型組合結構。壓型鋼板混凝土組合樓板：利用凹凸相間的壓型薄鋼板做襯板與現(xiàn)澆混凝土澆筑在一起支承在鋼梁上構成整體型樓板，主要由樓面層、組合板和鋼梁三部分組成。適用于大空間建筑和高層建筑，在國際上已普遍采用。

第三講壓型鋼板與混凝土組合板

452.分類（壓型鋼板按其在組合板中的作用可分為三類）：

①以壓型鋼板作為板的主要承重構件，混凝土只是作為板的面層以形成平整的表面及起到分布荷載的作用。按鋼結構規(guī)范進行施工階段和使用階段計算。②壓型鋼板僅作為澆筑混凝土的永久性模板，并作為施工時的操作平臺?？紤]施工階段荷載，按鋼結構計算。使用階段僅考慮混凝土，按按混凝土規(guī)范計算混凝土板。以上兩類均屬于非組合板。③考慮組合作用的壓型鋼板混凝土組合板。施工階段壓型鋼板作為模板及澆注混凝土的作業(yè)平臺。使用階段，壓型鋼板相當于鋼筋混凝土板中的受拉6鋼筋，在全部靜載及活載作用下，考慮二者的作用。本章主要講第三類，即組合樓板。3.組合樓板優(yōu)點1)壓型鋼板作為澆灌混凝土的模板，節(jié)省了大量木模板及其支撐。2)壓型鋼板工廠生產、運輸、堆放方便，節(jié)省大量支模工作，并且改善了施工條件。3)在使用階段，由于組合作用，可代替受拉鋼筋。減少了鋼筋的制作與安裝工作。7

4)剛度大，自重輕。5)便于敷設通信、電力、采暖等管線。6)便于立體作業(yè)，加快施工進度，縮短工期。7)可直接做頂棚。8)減小了發(fā)生火災的可能性。83.2壓型鋼板-混凝土組合樓板的類型有：1、在壓型鋼板上設置壓痕，以增加疊合面上的機械粘結，如圖（a)2、改變壓型鋼板截面形式，以增加疊合面上的摩擦粘結，如圖（b)3、在壓型鋼板上翼緣焊接橫向鋼筋，如圖（c)4、在壓型鋼板端部設置栓釘連接件，以增加柱和板端部錨固，如圖（d)9103.3壓型鋼板的形式及截面特征3.3.1壓型鋼板的形式：(1)閉口形槽口的壓型鋼板(圖3.1a)(2)軋齒槽或開小孔的壓型鋼板(圖3.1b)(3)加焊鋼筋的壓型鋼板(圖3.1c)

圖3.1113.3.2壓型鋼板的截面特征1.受壓翼緣的有效計算寬度

在與腹板交接處應力最大，距腹板愈遠，應力愈小，呈曲線遞減。實用上常把翼緣的應力分布簡化成在有效寬度上的均布分布。可近似取，t為壓型鋼板板厚。2

對壓型鋼板的要求壓型鋼板的厚度一般不應小于0.75mm。為便于澆灌混凝土，要求壓型鋼板的平均槽寬不小于50mm。當在槽內設置帶頭栓釘時，壓型鋼板的總高，包括刻痕在內不應大于80mm.12

3.4.組合板的破壞模式

（見圖3.4）1.彎曲破壞（沿1-1）當組合板中含鋼量適當時，破壞是從受拉區(qū)壓型鋼板及受拉鋼筋開始，及受拉鋼板及鋼筋首先屈服，板的變形裂縫迅速發(fā)展，受壓區(qū)不斷減小，最后由于混凝土被壓碎而告破壞。通常應以含鋼率或x值控制。2.縱向水平剪切粘結破壞（沿2-2）

13主要由于混凝土與壓型鋼板的界面抗剪切滑移強度不夠，使兩界面成為組合板薄弱環(huán)節(jié)。破壞特征：首先在靠近支座附近的集中荷載處混凝土出現(xiàn)斜裂縫，混凝土與壓型鋼板開始發(fā)生垂直分離，隨即壓型鋼板與混凝土喪失抗剪切粘結能力，產生較大的縱向滑移。3.斜截面的剪切破壞（沿3-3）這種破壞一般發(fā)生在當組合板的高跨比很大、荷載比較大、尤其是在集中荷載作用時，發(fā)生支座最大剪力處沿斜截面剪切破壞。14圖3.4組合板破壞模式153.5組合樓板設計計算：1、正截面承載力計算當塑性中和軸在壓型鋼板上翼緣以上的混凝土內，即時：16式中：—組合板受壓區(qū)高度，當時，?。弧M合板的有效高度，即從壓型鋼板重心至混凝土受壓邊緣的距離；—壓型鋼板截面應力合力至混凝土受壓區(qū)截面應力合力的距離；—壓型鋼板肋間距；—單位寬度內壓型鋼板的截面面積；—混凝土的抗壓強度設計值。當塑性中和軸在壓型鋼板內，即時：17由由式中：—塑性中和軸以上的壓型鋼板面積；18—壓型鋼板受拉區(qū)截面拉應力合力至受壓區(qū)混凝土板截面壓應力合力的距離；—壓型鋼板受拉區(qū)截面拉應力合力至壓型鋼板截面壓應力合力的距離；2、斜截面承載力計算組合板斜截面抗剪承載力應滿足下式要求：式中：—組合板一個波距內斜截面最大剪應力設計值；—混凝土的抗拉強度設計值。193、縱向抗剪承載力計算式中：—組合板的簡跨（mm)，一般可取Lv=M/N，對均布荷載下的板可取為板垮的1/4；—組合板的平均肋寬；—壓型鋼板的厚度（mm)；—組合板的抗剪承載力（kN/m)；—組合板的縱向剪力設計（kN/m)；—剪力粘結系數(shù)，由實驗確定，可參考下列數(shù)值：20、、、組合走板在驕達到吼抗彎欠承載袋力極廣限狀山態(tài)時對，縱掀向剪須力設批計值脹為：4、受斷沖切承筆載力計判算組合泉板在溉集中茫荷載陰作用籃下的嫂沖切但力為V1，應霞滿足湖下式撞要求暫：式中倒：—臨界蒸周界長然度，如拾下圖。—壓貸型鋼算板頂詠面以剪上的鉛混凝庭土計按算厚苦度。213.6組合板引的計算宗方法和修原則1．施滾工階段壓型庫鋼板勺作為桐澆筑顏混凝胞土的豆模板瘡，采數(shù)用彈性方熄法計算尾。強悟邊（景順肋濤）方梅向的玩正、盡負彎適矩和報撓度災應按顆單向拉板計丘算，多弱邊挎（垂厭直肋射）方驅向不速計算歇。施工活子荷載一已般按等效皮均布司荷載，根丑據(jù)施恐工實喚際情嚼況確警定，愿但應機不小井于1蒸.5檢kN略/m愧2?？紤]到背未和混蛇凝土“紡組合”廉前，壓叉型鋼板天剛度較淚小，變辯形較大轎，因此掛混凝土告體積可頂能超過孝圖紙所躬標的標宋準體積州，因此么將混凝土嫌自重乘慮以1.盤1的系濟數(shù)222．使敲用階段（1聚）實少用設濟計法當壓限型鋼嫂板頂臉面以購上的渣混凝犁土厚靠度為鄉(xiāng)豐50歪mm摔至1著00災mm銷時，轎組合蠟板強邊（順肋霉）方向義的正彎究矩和累撓度，按泊承受腳全部距荷載定的簡支單胖向板計算，強邊方向負彎矩喊按固端傭板取值，不考維慮弱邊放（垂直統(tǒng)肋）方戲向的正霞、負彎李矩。23（2游）雙仁向組肌合板①周邊支羅承條件當雙向漆組合板白的跨度舟大致相效等，且直相鄰跨可是連續(xù)吩時，板啦的周邊可視為異固定邊。當組棄合板相傻鄰跨度融相差較吹大，或傾壓型鋼錫板以上臭的混凝袖土板不諷連續(xù)時證，應將抄板的周瘡邊視為簡遺支邊。②各向軌異性任雙向甚板對于框各向寸異性棍雙向尿板的億彎矩冤，可島將板豈形狀株按有騰效邊辰長比索加以修正后視作裙各向同仔性板的在彎矩。叢強邊方叢向的彎支矩，取榆等于弱久邊方向榆跨度乘豎以系數(shù)答后所得酬各向同斃性板在駱短邊方朵向的彎胖矩；弱恨邊方向漁的彎矩涂，取等抓于強邊他方向跨褲度乘以襪系數(shù)后各所得各往向同性潔板在長托邊方向慘的彎矩起。24③四邊辦支承挪雙向營板強邊護（順指肋）數(shù)方向完按組責合板團設計服，弱薄邊（未垂直床肋）屯方向拿，僅晉取壓飾型鋼慕板上堤翼緣崖以上演的混頑凝土鎖板進摸行設畢計。（3）迅連續(xù)組站合板對于童連續(xù)票組合宏板，鏟當采澆用彈性務方法進行內盯力分析馬時，若舌允許支蝴座混凝收土開裂湖，則可癥按考慮治塑性內力近重分捆布的計良算方矛法，意中間芽支座柳處的猶負彎結矩可捆適當爐地進需行調卻幅。銜支座經(jīng)負彎促矩降圾低之釘后，仙跨中辰正彎泳矩亦倒相應歡地增鋒加，夫即應顧滿足扁靜力鏡平衡挖條件痕。253.7雄組撫合板的團振動控例制組合班板的射自振該頻率燈不能蠶過小褲，否虜則容硬易受條外力狡干擾是而發(fā)松生較故大振肥動，唯影響啄結構傍的安趙全性山和正角常使神用。板的壓自振老周期流應滿耽足：可按傾下列癢近似涉方法職計算若自振粒頻率位：(3.齒50)(3.太51)—由久永久宗荷載傲產生做的撓松度（mm）。263.8姑構造京要求1.壓型最鋼板販的板厚不小于0.搭75臂mm，一刷般為0.晉75歲～2榨.5歇mm。2.組合抄板的全高不小隊于90m叢m,壓停型鋼已板頂北面至割組合肢板頂晝面的旱高度熄不小巡壽于50m親m.3.簡支換組合則板的跨高混比不大于25,連續(xù)組揮合板的跨高按比不大蠟于35。4.連續(xù)板亭及懸臂枝板的負彎童矩區(qū)應按計蘋算配置央負鋼筋用,總量榴不小于0.0筒02bh0.275.在集世中荷形載或旬線性肌荷載俯作用熊下的刻組合珍板，淚應在有效寬她度bef的范蹈圍內配親置分鄙布筋娃，其愈總面勿積不塑少于娘組合饅板截左面的0.朵2%。當板短上開洞姑較大時炮，應在律洞口周卷圍附加根鋼筋。益附加鋼翼筋不少潛于被削除弱部分搬的面積鄙。6.為了漸防止件混凝拌土收君縮及戀溫度蜜影響么,也禍為了孤分布木荷載桃,混凝案土內獲應配伶分布必鋼筋環(huán)網(wǎng),其設笨置滿吃足混遇凝土攤結構太設計倡規(guī)范蔬的要畜求.7.沿墻的童四周及嘗角部,板伸貪入墻內圈,可按端混凝土乘規(guī)范配恨置板頂也面的附盈加鋼筋儀.28圖賀組合席板的步支承娃要求29圖組楚合板與丸支座連靜接栓釘圖蛛壓型鋼搬板端部弊的橫向漂鋼筋303.9溝組合袋板的有飄限元分耀析一.禍有限貼元概勺述1.由于壓杠型鋼板肆一混凝獅土組合濁樓板是川由兩種不楊同性質譜的材料—混劉凝土質和鋼唱板組合而成的利,因此乘它的性掩能明顯享地依賴側于這兩喪種材料閣的性能鍵,特別抵是在非格線性階焦段。2.混凝土真和鋼板劇本身的糕各種非愧線性性搏能,都猴不同程棍度地在術這種組決合結構疏中反映疊出來。3.在用名傳統(tǒng)將的解析方膚法分析份鋼一龍混凝辜土組回合結慈構的眾非線越性問側題時只能解喇決一些稱非常簡偉單的構嶺件或結虧構的計師算,兩對于抓大量萬的組深合結爐構的賊分析滋問題蕉,只縣能用數(shù)值分電析方法解決。有限元站法作為佩一個多強有手力的世數(shù)值朽分析陵工具饑,在系對結質構的第非線秘性分彎析中革發(fā)揮拖了越壤來越袖大的莖作用僅。314.用有限喇元法對鋼一辭混凝土啟組合結活構進行演分析時蟲,可以舟在計算伸模型中分別汪反映混凝甜上和課鋼筋峽材料捎的非線即性特勒性;可以彼用特殊包的單元模拒擬兩者畢之間嘩的組排合作險用;可城以在蛙一定女程度性上模擬節(jié)點的鳥構造和始邊界條鈴件;可仗以提稼供大篩量的結構反漿應信息殺,如暑應力暈,變形的汗全過程,結籮構開友裂以淘后的饒各種借狀態(tài)趴;借助先進位的計算植機圖首形顯顏示技術柜,還爛可以直觀地看智到結缺構受搭荷后堅從彈驗性變熟形到肚開裂粉、破嚷壞的全過程權,為進感行合濫理的嫁設計提供掘形象濁的依培據(jù).32有限元任法是一豬種離散平化的數(shù)饅值方法。離散虧后的啄單元哭與單扇元間寧通過此節(jié)點惱相聯(lián)俊系,枝所有幟力和奏位移錢都通悄過節(jié)斧點進顫行計村算。對每重個單航元,豪選取變適當彈的插源值函顫數(shù),使得遇該函數(shù)新在子域傻內部、照子域分雹界面上完(內部籠邊界)戀以及子因域與外區(qū)界分界稿面(外饒部邊界辛)上都滿足牢一定倦的條薄件。然隔后把挎所有單元的汪方程組掘合起來,就凳得到狀了整慕個結豪構的匯方程誼。求腥解該納方程你組,豈就可椅以得處到結夸構的近似解。6.有限元狂法的一擱個突出能優(yōu)點就是昌能夠朱有效耍地考撞慮結方構的歌復雜何性,爸如邊拔界條才件變缸化、虹構件狗剛度制變化博、材叫料屬躲性變炕化、茶溫度膚變化拉等,驕它還仆可以考慮牢各種黎參數(shù)變化時傭產生的天影響,邁允許進錢行參數(shù)離分析計悼算,使分眾析更塑符合跡實際柜。337.有限元豈模擬分聲析實際躍上就是譜對實際營結構的合理餐簡化然后壟進行數(shù)值洪分析,其成功嶺與否主喂要取決數(shù)于以下緒幾方面賓的工作財:（1）單元類心型的選取(2)噴線性材沈料的本構關哭系(3嚼)各順種單初元之商間的協(xié)調(4)忘載荷的壟施加（5）尿非線性翻求解34二.單增元類型對壓沸型鋼暴板一蜂混凝提土組嗎合樓藝板的同建模團,A準NS扶YS中提供醋的多層躲殼單賄元,忽賞略壓嘩型鋼崗板與蚊混凝記土之區(qū)間的亮滑移宵.三.角材料殿特性本構關階系所基鍛于的理論蒼模型主要有處:彈性冤理論、劇非線性黎彈性理限論、彈渡塑性理托論、粘婆彈性理軟論、粘彼塑性理房誠論、斷租裂力學輩理論、含損傷力植學理論渠、內時俘理論等黑。慮到測鋼一掛混凝棕土組指合結拌構的創(chuàng)特點東及計膏算分雁析的唉方便網(wǎng),在鋼一蒙混凝土辛組合結飄構非線柏性有限獻元分析鞭中應用慰較多的積是非線性耐彈性理獸論和彈嶺塑性理階論。35四.壓蘇型鋼板休材料特德性對于壓樸型鋼板喉來說,哈由于平尼板被壓馬成凹凸友肋,這拔樣就使葛得板的漲兩個方復向的彈架性模量乓和泊松閥比有很吊大的差牌異:順肋方戰(zhàn)向具有貓一定的焦抗彎能溫力,而荒垂直于摧肋的方爬向上抗純彎能力濱較差。因此,禁壓型鋼有板的本構關攝系采用挖,可以在三個豎方向定拘義不同瞎的雙折叉線應力妻一應變銷關系以角及不同跳的拉伸固、壓縮嘩和剪切凱特性。五.有兩限元模勿型的建燃立對壓藝型鋼猴板一挑混凝懲土組爭合樓頌板的稼建?；@,可希采用實體模學型。在組合斗樓層凈中,邪組合俗板通拼?？蓫u以按厲簡支移板設耽計,為便均于闡袍述,透下面晶就簡面支組固合板統(tǒng)來介假紹有歉限元杯模型騎的建鑒立。瓦以完全界剪力匙連接稈組合釀板為例：36六.完擔全剪力矮連接組之合板的沙建?！啄Ｐ?.壓起型鋼板晶的等效壓型鋼隙板等價為正澡交各烤向異起性平界板的等價濱條件是:秤在板耐邊緣蛙施加水平力時,描壓型床鋼板近產生頓的位峽移和豪變形絹與平靜板產縫生的位移與寬變形相妥等,且具摟有相同的驗尺寸和惠厚度。37式中舌分別圾為局仙部坐朗標系劣：朗軸才方向簡的等浪效彈辱性模擔量;較是泄因y獵向的踢應變裕而導袍致洋向應樣變的攔泊松飲比,吼是億。壺是代與屈垂直仿的y像向的雞泊松浩比;齊是揮等效爪剪切族模量皺,如趁圖3傍.7遵所示激。這也5個憶量中糞只有值4個守是獨蜘立的收,它輝們之錯間存脖在著另關系驢式.根據(jù)基后本材料沙的彈性斃模量及牧壓型鋼洽板的斷符面幾何妖參數(shù),快利用等訂價條件取可以得諷到：3839圖3桃.7斜等價蘋各向陽異性遮板的晚兩個膠方向圖3.倚8矩形傅波壓型詳鋼板剪和切變形視及幾何恭尺寸式中b糞的值要東通過等效屋原則來確述定,扯即壓型鋼蜓板的慣蕩性矩與為矩形板安的慣性載矩相等的坦原則來確定堤,取計警算結果京中的較大值。402.壓陵型鋼板煌-混凝桃土組合震截面殼體單嚇元SH畢ELL費91非線舅性多便層殼泄單元崗SH躬EL簡L9辜1是歸一個溪8節(jié)知點的穗殼單襯元,敏每個晃節(jié)點粥有六王個自蝕由度香:沿攏節(jié)點造坐標跳系的奸x,餅y,餓z方寸向平后動,寧繞節(jié)社點坐父標系魂的x溪,y豎,z潔方向永轉動賞。該媽單元縮慧用于競分層為殼模再型或幟者用書來模煩擬厚終的夾勾層結螞構,輔最多吩可定淘義1鑰00沖個不濕同的揪層,蛇并具止有塑職性功糕能。搜該單聽元的柳幾何棒形狀骨、節(jié)止點位風置以耐及局庭部坐簡標系鈴如右銷圖所粉示。41423.1鉤0組合英板研究土的熱點斜和難點啦問題目前銳,國展內外欺常用貍的壓客型鋼吉板形和式有狂許多駕種,惹在與濃混凝裕土組跳合時衡,混福凝土荒板的殼厚度塊、強屢度也口有很循多選催擇。上不同蠶形式致的壓鄉(xiāng)豐型鋼紙板一攔混凝燙土組收合樓砌板的堅承載賠力是股不一篩樣的窗,但在選倉用壓耀型鋼閣板形仗式時分,往鵝往以預加工汗方便稻為首突要因畏素,帽而忽略族了對柄承載家力的異有利狀影響。因統(tǒng)此,分析比揮較各個迫因素對組合板呢承載力的影響倚,為工柔程上組沈合板各網(wǎng)參數(shù)的俗選擇提瓦供理論孔依據(jù)是錫很有必熟要的。到目前睬為止,皇各國規(guī)虎范