抗震工程-钢-混组合结构

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1、第22章钢—混凝土组合结构201013182011.06.06本章主要内容：钢—混凝土组合结构的特点和使用范围钢—混凝土组合梁：钢—混凝土组合梁的形式剪力连接件钢—混凝土组合梁的工作机理钢—混凝土组合梁的设计剪力连接件设计钢—混凝土组合梁正常使用极限状态的验算22.1概述钢—混凝土组合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新结构综合了钢结构和混凝土结构的各自优点，易于满足现代土木工程结构对功能的要求，综合效益显著钢—混凝土组合结构定义钢—混凝土组合结构是钢部件和混凝土或钢筋混凝土部件通过机械剪力连接件连接组合成为整体而共同工作

2、的一种结构，兼具钢结构和钢筋混凝土结构的一些特性钢—混凝土组合结构主要形式钢—混凝土组合结构有组合梁、组合板、组合桁架和组合柱四大类。应用最普遍的是组合梁和组合柱，本章只讨论组合梁这种结构形式。组合梁由钢梁和钢筋混凝土板通过机械剪力连接件连成整体并共同受力的横向承重结构，按截面型式分为外包混凝土组合梁和T型组合梁，见下图。外包混凝土梁即劲性梁，它就是型钢外包混凝土的构件组成的结构。一般会在普通梁配筋太密或不能满足使用要求的情况下才会使用劲性柱和劲性梁.本章不讨论劲性梁。组合柱包括钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱。钢管混凝土是由钢管和内填混凝

3、土所构成，而钢骨混凝土柱则是把钢柱埋在钢筋混凝土中，钢骨混凝土柱又称为型钢混凝土柱或劲性混凝土柱。钢骨混凝土柱一般不提倡，因施工工艺特别复杂。22.2钢—混凝土组合结构的特点优点：承载力高延性好刚度大抗震性能好构件截面尺寸小施工快速方便基础造价低缺点：需要防火及防腐22.3钢—混凝土组合结构的适用范围高层建筑多层房屋高耸结构桥梁结构地下结构其他构筑物结构改造及加固是否采用组合结构，要根据结构性能、有效使用面积、使用效果、施工工期、基础造价等进行综合效益分析比较。22.4应用前景钢—混凝土组合结构满足现代结构对“轻型大跨、预制装配、快速

4、施工”的要求，成为土木结构主要发展方向之一。22.5钢—混凝土组合梁22.5.1钢—混凝土组合梁的特点受力合理、截面高度小、自重轻、刚度大、延性好与钢筋砼结构相比：降低结构高度1/3—1/4减轻自重40%—60%施工周期缩短1/3—1/2与钢梁相比：刚度增大1/3—1/4稳定性增强节约钢材需要相当数量的连接件，焊接量大22.5.2钢—混凝土组合梁的形式按照截面形式分为外包混凝土组合梁和T形组合梁。T形组合梁按照混凝土翼缘的构造不同又分为现浇混凝土翼缘组合梁、预制板翼缘组合梁、叠合板翼缘组合梁及压型钢板混凝土翼缘组合梁，如图22.5.2

5、所示。按照钢梁的不同又可以分为工字型、蜂窝型、箱型、钢桁架等。如图22.5.3所示。组合梁的受力特点：在组合梁中,混凝土位于受压区,钢梁主要位于受拉区,能充分利用混凝土抗压和钢材抗拉的优点,发挥这两种材料的强度。22.5.3剪力连接件设计目的：是为了确保临界截面之间有足够的剪力连接件来传递钢梁和混凝土板之间的纵向剪力。主要作用：是为了传递钢梁和混凝土翼缘之间交界面上的剪力并抵抗钢和混凝土翼缘之间的滑移和分离。剪力连接件的分类刚性剪力连接件：传递交界面剪力时不允许变形，刚度大，在连接件周围混凝土引起较高的应力集中。在保证钢梁与连接件的焊

6、接强度的前提下，连接件承载力极限状态是以连接件之间的混凝土的剪切破坏或连接件前混凝土的局压破坏为标志的！刚性连接件包括方钢、T型钢、马蹄型钢、角钢等连接件柔性剪力连接件：传递交界面的剪力时有很好的变形能力，允许有一定的相对滑移值。由于剪力连接件的抗弯刚度相对较小，纵向剪力会使连接件变形。连接件承载力极限破坏是由于跨中截面混凝土翼缘上表面达到了极限压应变，而连接件还有康健能力。柔性连接件包括栓钉、弯筋、槽钢、锚环、摩擦型高强螺栓剪力连接件常用的柔性连接件是栓钉连接件，主要依靠栓钉根部传递剪力。优点：1、栓钉截面呈圆形，压应力无方向性，设

7、计简单。2、很容易焊在钢梁上，施工简单。新型刚性剪力连接件开孔钢板连接件(PBL连接件)开孔钢板连接件是利用钢板圆孔中的混凝土或者所穿钢筋承担钢与混凝土间的作用力的新型接件。它与沿着钢梁横向设置的开孔钢不同，是沿着钢梁纵向设置，依靠圆孔中的混凝土加强两者之间的连接。22.5.4钢——混凝土组合梁的工作机理通过剪力连接件把钢梁和混凝土翼缘（由混凝土楼面板或桥面板等构成）练成连成整体的钢—混凝土组合梁，其截面抗弯承载力和刚度比钢梁和混凝土翼缘的承载力和刚度的代数和要大的多，即：整体远远大于部分之和。如图22.5.5所示以两个矩形截面叠合在

8、一起为例，如图22.5.6.设两个矩形截面之间没有剪力连接件，即无组合作用时的截面刚度为：，通过剪力连接件作用形成整体组合截面的刚度为：，组合截面和非组合截面的刚度比为：，在相同的弯矩作用下，截面上的最大应力比为：，比较