钢——混凝土组合梁抗剪研究中的塑性分析方法

合集下载

钢与混凝土组合梁分析与设计

钢与混凝土组合梁分析与设计
形式是 没有 抗剪连接件 的外包混凝 土 的钢梁 , 主要是 出于钢梁 防
火 的需要 。我国对组合梁 的研究起 步较 晚 , 2 0世纪 9 o年 代初 , 通 过大量试验 研究 , 清华 大学提出考虑钢 梁与混凝 土翼板 交界滑 移 效应 的折减 刚度法 。按照 这个方 法提 出的理论计 算 出 的组 合 梁 截面刚度和截 面抵抗矩与 国内外 的试验结果 非常一 致 , 而且计算

轻、 构件截 面小 、 增加建筑 空间 , 降低 地震作用 以及增 强构件 和结 仅 对完 全抗 剪连接组合梁的正弯矩作用区段分析比较。 组 合梁翼板有效宽度 b 按下式计算 ( 示 意图见图 1 ) 。 构 的延性 , 同时使基 础造 价低 、 方便 安装 、 缩 短施 工周 期 , 从而 保 证 结构的经济效 益。钢 与混凝 土组 合梁是 钢 与混凝 土组 合结 构 的一种 , 因具 有截面 高度小 、 自重轻 、 延 性好 、 经 济效 益好 等特 点
钢 与 混 凝 土 组 合 梁 分 析 与 设 计
高 俊 超
( 香港华艺设计顾 问( 深圳 ) 有限公司 , 广东 深圳 5 1 8 0 0 0)

要: 详细介绍 了钢与混凝土组合梁 的性能特点及应 用范围 , 对其 进行 了系统的结构 的计 算分析 , 确 定详细 的技术指标 。结果
表明, 钢与混凝土组合梁 结构 受力合理 , 经 济性 好 , 需要大 力推广 。
b =b 0+ b l +b 2 ( 1 )
其中, b 。 为板托上部宽度 , 无板托 时取钢梁上翼缘宽 度 ; b 。 , b :
. 的 6倍和梁跨度 z 的1 / 6中的小值 , b 不大于 被 广泛的应用 , 尤其大跨结构经济效 益 和社会 效益 明显 。按 照截 分别取翼缘 厚度 h 】 , b 2 不大 于 的 1 / 2 。 面形式 , 组 合梁可 以分 为 T形 组合梁 以及外包 混凝土型钢混凝 土 s 梁 。型钢混凝土梁是根据钢材 与混凝土 之间的粘结 力协 同工作 , T形 组合梁通过 抗剪连 接 件将 混凝 土翼 板 与钢梁 连接 成 整体 构 件 。T形组 合梁 的翼 板可 以为压型 钢板混凝土 组合板 , 也可 以是 现浇混 凝土板 , 或者是混凝土叠合板 。压型钢板 在施工 阶段可 以 代替模板 , 可 以代替 混凝 土板中 的下 部受力钢 筋。组合 梁 的早 期

钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析

钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析

钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析**钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析**1. 研究背景钢—混凝土组合梁板体系以其优越的结构特征及应用前景越来越受到关注,近年来已经有屡有尝试应用在实际工程中,具有重要的理论及实用价值。

因此,本文将通过实验研究与理论分析研究钢—混凝土组合梁板体系,以期获得关于该结构本身的有价值的理论依据,为未来更广泛的应用提供参考。

2. 实验研究(1)实验试件结构设计。

钢—混凝土组合梁板实验试件主要由纵向钢筋所固定的混凝土梁板层,以及上、下端翼缘钢板组成。

通过对实验研究件材料、尺寸及构件内荷载的详细设计和计算,确定了试件的尺寸、材料及实验参数。

(2)实验方法。

采用加载—失重法开展了试验,并采用侧向转移式加载器、位移计、载荷计等相应的装置,对试件在不同剪切荷载作用下的变形、构件的损伤和破坏程序、构件内力变化等状态均进行了详细的观测和测量。

3. 理论分析(1)建立分析模型。

根据原理,确定相关参数,建立数值分析模型;同时,根据实际情况做出相应的假定,确保模型的简单方便,加速计算过程。

(2)计算分析。

选择计算机软件,建立模型,输入基本数据,结合建模假定,计算有关参数并得出结论,与实验数据进行比较,分析组合梁板体系的变形、损伤和破坏程序,以及构件内力变化等情况。

4. 结论利用实验研究技术与理论分析相结合,对钢—混凝土组合梁板体系进行了有力的研究。

得出以下结论:(1) 钢—混凝土组合梁板体系具有明显的弹性塑性特征,其受力性能与单件混凝土构件相比有明显的提高。

(2) 研究结果表明,该体系的抗剪强度受纵向钢筋的含量和分布有明显的影响,加载类型和梁板厚度也会对钢—混凝土组合梁板体系的受力性能产生影响。

(3) 实验和理论分析结果表明,该体系具有较高的受力性能及良好的应用前景。

本文通过实验研究与理论分析,对钢—混凝土组合梁板体系进行了有力的研究,提出了设计参数,以及抗剪强度受加载类型和梁板厚度影响的等宝贵的理论结论,为未来开展更加深入的研究提供参考。

钢-混凝土组合梁设计

钢-混凝土组合梁设计
Afb=150x8=1200
腹板
Aw=286x8=2288
A=Aft+Afb+Aw=4208 Ybs=134.06;Yts=165.94 Is=55.68e4
借助Excell计算
弯矩 剪力 钢梁顶A 钢梁腹板上端B 钢梁中性轴处C 钢梁腹板下端D 钢梁底E
Байду номын сангаас
Is
ys
So
5.57E+07
-165.9 -159.9
4.3.1 EC4的桁架模型(***)
叠合面的剪力Vl 混凝土斜压杆的压力De 横向钢筋的拉力Ts
(1)混凝土开裂前:混凝土斜压杆破坏
(2)混凝土开裂后:裂缝间混凝土的咬合力 ,横向钢筋的销栓力,压型钢板的抗剪力
4.3.2 《钢-混凝土组合结构设计规程》DL/T5085-1999
1.9 设计实例
(1)施工阶段设计
(1.1) 荷载计算 钢梁截面:上翼缘120x6;下翼缘150x8;腹板286x8 厚90;宽3000 施工荷载1kN/m2
(1.2) 内力计算
跨度3.5m 支座截面弯矩
1/8ql2
支座反力
3/8ql
上翼缘
Aft=120x6=720
下翼缘
2.5.2 竖向抗剪连接承载力计算方法2:考虑混凝土翼板
2.6 设计实例:塑性理论设计
例7-1
(1)施工阶段按弹性理论
跨度为3.5m的两跨连续梁 已计算,满足要求
(2)使用阶段:塑性理论
跨度为7m的简支梁,不必考虑荷载路径
荷载计算 判断中性轴位置 截面承载力
(1)荷载计算
不必在计算混凝土翼板的抗剪贡献
截面应变分布???
2.4.1 部分抗剪连接承载力计算方法1:钢结构设计 规范

钢—混凝土组合梁抗剪性能研究进展

钢—混凝土组合梁抗剪性能研究进展

国 等 开 展 了 1 ] 6根 钢 一混 凝 土 组 合 梁 的组 合 抗 剪
性 能试验 研 究 , 点 研 究 了钢 一 混 凝 土组 合 梁 正 弯 重
矩 区ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的复合 抗剪 能 力 。试 验结 果 表 明 , 混凝 土 翼 板
对组 合梁 的抗 剪 承 载 力有 明显 的积 极 影 响 , 一混 钢
1 2 国 外 研 究 状 况 .
跨 连续 的组 合梁 的负 弯 矩 区 抗 剪 试 验 , 释 了负 弯 解
矩 区截 面抗 剪强 度 比塑 性 计 算 值 有 所 提 高 的 原 因 。 认 为混 凝 土 裂 缝 贯 通 之 后 腹 板 承 受 了 几 乎 全 部 剪 力; 组合 梁抗 剪 承 载力 高 于塑 性 计 算 值 的主 要 原 因 是 由于 腹 板 处 于 复 杂 应 力 状 况 下 钢 材 强 化 所 致 。 19 9 2年 范崇 仁等 l 考 虑混 凝 土参 加 横 向抗 剪 作 用 , _ 2 提 出一 个较 合理 的横 向抗 剪 强 度 计 算公 式 , 为 忽 认
凝 土组合 梁 截面 的组 合抗 剪承 载力 试验 值 为现行 有 关规 范计 算值 的 1 O ~ 2 8 . 6 . 8倍 。2 0 0 3年施 耀 忠[ 6 ]
根据 钢一 混 凝土 组合 梁 的受力 特 点 , 用虚 功原 理 , 利
好、 刚度 大 等特 点 , 桥 梁 、 高 层 建 筑 中得 到 了较 在 多
钢 一 混 凝 土 组 合 梁 抗 剪 性 能 研 究进 展
解 佳 飞
( 中铁 十 九 局 集 团有 限公 司 , 京 1 lO ) 北 1O O
摘 要 : 一 混 凝 土 组 合 梁 具 有施 工 速 度 快 、 省 支 架 和模 板 等 优 点 , 有 十分 广 阔 的 应 用 前 景 。主 要 介 绍 了 钢 节 具 钢 一 混 凝 土 组 合 梁抗 剪 性 能 的 国 内外 研 究 现 状 。在 系 统 分 析 已 有研 究 成 果 的 基 础 上 , 钢 一 混 凝 土 组 合 梁 的 对 竖 向抗 剪 性 能 和 纵 向 抗 剪 性 能 的研 究 与设 计 方 法 进 行 了分 析 与 研 究 , 指 出 了 目前 存 在 的问 题 与 不 足 。 并

钢与混凝土组合梁

钢与混凝土组合梁

件和施工费用。
(4)组合梁的挠度计算(主要是考虑滑移效应的
折减刚度的计算方法)。
11.2 一般规定

压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件
与钢梁连接组合成整体后,钢梁与楼板成为共 同受力的组合梁结构。 组合梁的组成及其工作原理 压型钢板组合梁通常由三部分组成,即: 钢筋混凝土翼板、抗剪连接件、钢梁。
钢与混凝土组合梁
重庆大学土木工程学院 崔 佳
11.1 组合梁的应用和发展
组合梁的应用开始于本世纪(20世纪)20年
代 ,我国从50年代开始开展组合梁的研究和应用。
最初主要用于桥梁结构,自80年代以来,由于在多 层及高层建筑中更多地采用了钢结构,使得组合梁 在建筑结构领域也得到了长足的发展。 在设计方法方面,大约在60年代以前,组合梁
正弯矩作用下,组合梁的塑性中和轴可能位于钢
筋混凝土翼板内,也可能位于钢梁截面内,计算时分
两种情况考虑。
(1)当塑性中和轴位于混凝土受压翼板内 ,即
Afbcehcfc时:
M bce xfc y
Af x bce f c
(2)当塑性中和轴位于钢梁截面内即Af > bcehcfc 时:
M bce hc f c y Ac f y1
梁或钢筋混凝土连续梁,其弯矩重分布的程度较高,
且在正常使用极限状态弯矩重分布就有很大发展。 因此,计算混凝土翼板中纵向钢筋时,应当考虑弯 矩重分布的影响。 由荷载效应标准组合计算的负弯矩区钢筋应力
可以按下式计算:
M k yr r I
由纵向钢筋与钢梁形成的钢截面的惯性矩
Mk—由荷载效应标准组合计算的截面负弯矩:
中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接,能保证钢筋
应力的充分发挥,忽略混凝土抗拉强度的贡献。

对钢--混凝土组合梁抗弯承载力的认识

对钢--混凝土组合梁抗弯承载力的认识

对钢--混凝土组合梁抗弯承载力的认识西平铁路后河村特大桥:有着亚洲铁路“第一跨”之称的西平铁路后河村特大桥80米钢-混凝土组合桁架梁。

钢--混凝土组合梁由于能充分发挥钢材和混凝土各自的材料特性,使其在桥梁结构中大量被采用,成为第五大类结构。

钢--混凝土组合梁最初的计算方法是基于弹性理论的换算截面法,即假设钢材与混凝土均为理想弹性体,两者连接可靠,完全共同变形,通过弹性模量比将两种材料换算成一种材料进行计算。

然而,钢材和混凝土都是弹塑性材料,需要考虑塑性发展带来承载力的提高。

我国现行的涉及组合梁计算的规范中,《钢结构设计规范》和《钢--混凝土组合结构设计规程》规定,组合梁的计算可采用塑性设计方法,考虑全截面的塑性发展,但都没有考虑钢梁与混凝土桥面板的相对滑移对承载能力的影响。

钢-混凝土组合梁的欧洲分类《欧洲规范4》根据截面的转动能力将钢-混凝土组合梁分为四类。

第一类截面能够形成塑性铰,具有满足塑性分析所需要的转动能力,截面的最大承载力大于全塑性弯矩Mp1;第二类截面的最大承载力能够达到全塑性弯矩Mp1,但塑性铰的转动会受到局部屈曲或者混凝土破坏的限制;第三类截面中,由于局部屈曲阻碍了截面塑性抗弯能力的发展,截面的最大抗弯能力仅能达到弹性弯矩Me1;第四类截面为钢梁受压截面提前发生屈曲,使其不能达到屈服强度,截面的最大承载力不能达到弹性弯矩Me1。

四类截面的划分情况详见图1。

Mp1和Me1分别为截面的塑性抗弯强度和弹性抗弯强度。

图1 欧洲规范对四类截面的划分剪力连接键是组合梁的关键部位。

根据剪力连接键所能提供的抗力与组合梁达到完全塑性截面应力分布时纵向剪力的关系,可将组合梁分为完全抗剪连接组合梁和部分抗剪连接组合梁。

完全抗剪连接是指抗剪连接件的纵向水平抗剪承载力能够保证最大弯矩截面上抗弯承载力得以充分发挥的连接,否则则为部分抗剪连接。

从定义中可以看出,抗剪连接件的设计会影响到组合梁的抗弯承载力。

因此在《欧洲规范4》中分别给出了完全抗剪连接和部分抗剪连接下组合梁的抗弯承载能力。

浅析钢-混凝土组合梁抗弯性能的研究

浅析钢-混凝土组合梁抗弯性能的研究

浅析钢-混凝土组合梁抗弯性能的研究(南华大学城市建设学院湖南衡阳421000)摘要:钢混凝土组合梁的研究和应用近年来发展很快,其兼有钢结构与混凝土结构两者的优点,钢梁与混凝土板界面滑移对组合梁的承载力和抗弯性能有很大影响。

本文系统总结了国内外钢-混凝土组合梁抗弯性能(包括正弯矩作用下和负弯矩作用下)的研究现状,并指出了目前研究存在的问题与不足。

关键词:钢-混凝土组合梁;抗弯性能;正弯矩;负弯矩Analysis the Study of the Flexural Behaviorof Stee-lconcrete Composite BeamsLIU Guosong(College of City Construction University of South China,Hengyang 421000 China)Abstract Composite steel-concrete beams were developed very fast in the recent years, which has advantages both of steel and concrete. The interfacial slip of composite steel-concrete beams have some influence on the capacity and bending property. A systematic study and analysis are made of the flexural behavior of stee-l concrete composite beams in the paper, including that under the sagging moment and that under the hogging moment, with problems and shortcomings exist ing in the present research pointed out.Keywords steel-concrete composite beam; flexural behavior; sagging moment; hogging moment0 引言钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁,通常其肋部采用钢梁,翼板采用混凝土板,两者间用抗剪连接件或开孔钢板连成整体。

组合结构设计原理 第2版 第6章 钢-混凝土组合梁

组合结构设计原理 第2版 第6章 钢-混凝土组合梁
钢与混凝土组合结构设计原理
第六章 钢-混凝土组合梁
主讲人
目录
content
6.1 钢-混凝土组合梁的概念和特点 6.2 组合梁的构造要求 6.3 组合梁的设计方法 6.4 简支组合梁的弹性设计方法 6.5 简支组合梁的塑性设计方法 6.6 组合梁的纵向抗剪计算 6.7 组合梁抗剪连接件的计算 66.8 组合梁的变形计算 6.9 连续组合梁设计方法 本章小结
由混凝土板和钢梁组成的楼盖中,如果在两者交界面处没有连接构造措施,在弯矩作用下,混凝土板截面和 钢梁截面的弯曲变形相互独立,各自有其中和轴。如果忽略交界面处的摩擦力,两者之间必定发生相对水平滑移 错动,因此其受弯承载力为混凝土板受弯承载力和钢梁受弯承载力之和,这种梁称为非组合梁(图6-1)。
(a)交界面的滑移错动
(a)交界面的滑移错动
(b)交界面应力
应变
弹性应力 塑性应力
(c)截面应力、应变分布示意图
图6-2 组合梁受力情况及截面应力、应变分布示意图
剪应力
当钢梁与混凝土板间设置的抗剪连接件数量较少,受剪承载力不足时,梁在弯矩作用下的受力状态介于非组 合梁和组合梁之间,混凝土翼板和钢梁上翼缘交界面处产生一定的相互滑移,这种梁称为部分抗剪连接组合梁。 相应设置了足够数量抗剪连接件的组合梁也称为完全抗剪连接组合梁。部分抗剪连接组合梁的受弯承载力和刚度 介于非组合梁和完全抗剪连接组合梁之间。一般用于跨度不超过20m,以承受静力荷载为主、且没有太大集中荷 载的等截面组合梁。在满足设计要求的情况下,采用部分抗剪连接也可以获得较好的经济效益。
6.1 钢-混凝土组合梁的概念和特点
6.1.1 钢-混凝土组合梁的概念
组合梁有两类:一种是将钢筋混凝土板锚固在钢梁上形成的组合梁(Composite Beam);另一种是将型钢 或焊接钢骨架埋入钢筋混凝土梁而形成的组合梁,又称为型钢混凝土梁(Steel Reinforced Concrete Beam,或 Concrete Encased Steel Beam)。本章介绍的组合梁是指第一种钢-混凝土组合梁。

钢-混凝土组合结构的研究与应用

钢-混凝土组合结构的研究与应用
用 :
d 组 合 梁的抗 弯能 力及 截面 刚度 比原有 钢 梁大 )
有 提 高是 以 承受 正 弯矩 为 前 提 的 ,在 承 受 负 弯 矩
时 ,由于钢 筋混 凝土 翼板 过早 开裂 ,截 面的抗 弯能 力 和截 面 刚度没 有 明显 提 高 ,因此组 合截 面 的连续
图 1 钢 管 混 凝 土 拱 桥
凝 土 的 抗 压性 能较 好 而 受拉 性 能很 差 ,两 种 结 构 的组 合 可 以 更好 地 发 挥 各 自的性 能 ,使 组 合 结 构 的承 载 能 力 更 高。

关 键 词 :组 合 梁 :铜 管 混 凝 土 : 叠合 梁 中图 分 类 号 :U 1 44 文 献标 识码 :A 文 章 编 号 :1 0 — 7 6 2 1 )0 0 9 一 3 0 2 4 8 (0 1 l— 0 4 O

梁 其 截 面 的承 载 能 力 与 连 续 梁 的弯 矩 分 布 不 相 适
————■ i■ j——— ——————— ———————— ——————— ——————— ————一 ■ — — — — —

i A s 0 s A R IX IN2 1 ; S E 1( 925 T N P R N 矗 D ̄ TO . l u 0 ;} R T 0 s i
由 外 露 的 钢 梁 与 混 凝 土 桥 面 板 形 成 的 组 合 结 构 ,通 过 在 混 凝 土 板 和 钢 梁 接 触 面 问 设 置 剪 力 键 来 抵 抗混 凝 土和钢 梁接 触面 处 的滑移 以保证 两 种材料
家 ,如 美 国 、英 国 、德 国 、加拿 大及 前苏联 等 国都 制定 了有关 组合 梁 的设 计规 范或 规程 。最早 的组 合 梁规 范大 都 属 于桥 梁结 构 的 ,美 国颁 布 于 14 年 , 94 德 国颁 布于 14 年 。前 苏联第 一座 组合 公路 桥建 于 95 14 年 , 日本 第一 座组合 公路 桥建 于 15 年 .在 此 94 95 阶段 组合 粱 的设 计理 论也 逐步 完善 .大致 在2 世 纪 0 6 年 代 以前 ,基 本上 按弹 性理论 进行 分析 ,6 年代 0 0

塑性分析之结构极限分析原理与方法

塑性分析之结构极限分析原理与方法
——对于一给定的结构与荷载系,基于 假定的弯矩数值≤塑性弯矩、且满足平衡条 件的弯矩状态所求得的荷载值,≤真正的极 限荷载。
四、极限分析方法
(一)静力法
步骤: 1.选择多余力,以静定结构为基本结构; 2.求基本结构在荷载、多余力共同作用下的 弯矩; 3.令足够多的截面弯矩=塑性弯矩,使结构形 成破坏机构; 4.由平衡方程求极限荷载; 5.复核M≤Mu
• 结构要同时满足平衡条件、几何条件、 物理方程、边界条件,对于复杂问题, 由于数学上的困难,很难得到完全解。
三、塑性分析
• 假设材料为刚塑性,按塑性变形规律研究结构 达到塑性极限状态时的行为。
• 基于塑性分析的设计,只要控制工作荷载与极 限荷载的比例,即可保证结构、构件安全可靠 使用,所确定安全系数较弹性设计更能反映结 构的实际安全程度,也更能充分利用材料的塑 性性能。
一、四角点承板 二、线承矩形板 三、点线支承板
3.3 其它形状板的塑性分析
一、三角形板 二、等边多边形板 三、圆平板
3.4 对相关问题的讨论
一、角部效应 二、集中荷载作用 三、组合荷载作用 四、平衡法
第四章
钢筋混凝土壳塑性极限分析
2.机构法
步骤: 1.确定塑性铰位置,使结构成为机动体系; 2.运用虚功原理,计算结构极限荷载; 3.所有可能的破坏机构中,极限荷载最小者 为所求; 4.复核M≤Mu
思考题:
1.塑性分析较弹性分析、弹塑性分析有何优点 及不足之处? 2.什么是结构的内力重分布?为什么只有超静 定结构会产生内力重分布现象? 3.举例说明在塑性极限分析与设计中保证塑性 铰转动能力的必要性。 4.确定结构塑性极限荷载需要满足哪些条件? 5.结构极限分析的上、下限定理及其应用(机 构法和静力法)。

钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展

钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展

㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升 专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的 强柱弱梁,梁耗能为主 向超罕遇地震时的 梁柱共同耗能 推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋 强柱 构造和加劲肋 强梁 构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋 强柱 构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。

组合梁的塑性设计方法

组合梁的塑性设计方法

组合梁的塑性设计方法概述钢结构规范GBJ17-88规定,不直接承受动力荷载的组合梁可按塑性设计方法计算使用阶段强度,但其挠度应按弹性方法计算,即: 444012555k k k q l q l q l ++1p e c ccm c ccm M b xf y ≤式中 x 为混凝土受压区高度:1p c c ccmAf x h b f =(≤) M 为全部荷载引起的弯矩设计值;钢梁的截面面积;y 为钢梁截面形心与混凝土受压区截面形心间的距离;f p 为塑性设计时采用的钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值,按弹性设计时的设计值f (表3-3)乘以折减系数0.9。

(2) 塑性中和轴在钢梁截面内,即1p e c ccm Af b h f >(图1b)时:112e c ccm c p M b h f y A f y +≤式中 A c ——钢梁受压区截面面积,按截面中力的平衡求得如下:A c =0.5(Af p -bh c 1f ccm )/f py 1——钢梁受拉区截面形心至翼板截面形心的距离;y 2——钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区截面形心间的距离。

组合梁截面上的全部剪力假定仅由钢梁腹板承受且为均匀剪应力,计算公式为: V ≤h w t w f vp式中h w 、t w 为腹板的高度和厚度;f vp 为塑性设计时采用的钢材抗剪强度设计值,按弹性设计时的抗剪强度设计值f v (表1)乘以折减系数0.9。

按塑性设计时,按局部稳定和受力构造要求应使钢腹板高厚比h 0/t w (或有纵向加劲肋时上下区格的h 1/t w 和h 2/t w )≤表1 钢材的强度设计值(N/mm 2) 钢材 钢号 厚度或直径(mm )抗拉、抗压和抗弯f 抗剪f v 端面承压 (刨平顶紧)f ce ≤16 215 125 320>16~40 200 115 320Q235 >40~60 190 110 320≤16 315 185 445 >16~25 300 175 425 16Mn 钢、 16Mnq 钢 >25~36 290 170 410≤16 350 205 450 >16~25 335 195 435 15MnV 钢、 15MnVq 钢 >25~36 320 185 415。

1-钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析

1-钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析
21
例题 钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析
13.荷载组合
主菜单选择 结果>组合>荷载组合: 一般组合:用于查看内力变形等,一般组合中有包络组合 混凝土设计:用于结构设计部分组合 点击自动生成 设计规范:GB50010-10
注: 1. 考虑双向地震, 勾选双向地震“考 虑正交结果”,程序 会在荷载组合中自 动添加。 2.用户亦可自定义 所需的荷载组合, 先在左侧名称一栏 定名称,在右侧选 择荷载工况和组合 系数。
例题 钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析
10.定义结构类型
主菜单选择 结构>类型>结构类型: 三维分析,地震荷载作用方向 结构类型:3-D (三维分析) 将结构的自重转换为质量:转换到 X、Y (地震作用方向)
注: 当只考虑水平向 地震作用的时候,转 换到 X、Y 方向;需要 考虑竖向地震分析的 话,要转换到 X、Y、Z 三个方向上。
2
例题 钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析
1.简介
本例题介绍使用 midas Gen 的静力弹塑性分析功能来进行抗震设计的方法。例题模
型为九层钢筋混凝土框-剪结构。(该例题数据仅供参考)
基本数据如下:
轴网尺寸:见平面图
柱:
500mmx500mm
主梁: 250mmx600 mm
混凝土: C30
图 23 定义结构类型
20
例题 钢筋混凝土静力弹塑性推覆分析
11.定义质量
主菜单选择 荷载>静力荷载>结构/质量>节点质量>将荷载转换成质量 质量方向:X,Y 荷载工况:DL LL 组合系数:1.0 0.5
注:此处转换的荷 载不包括自重。
图 24 荷载转换成质量
12.运行分析

钢-混凝土组合结构抗震性能研究综述

钢-混凝土组合结构抗震性能研究综述

钢—混凝土组合结构抗震性能研究综述摘要:通过对钢-混凝土组合框架结构体系的简要介绍以及其抗震性能的研究,提出一些加强钢—混凝土组合结构抗震性能的建议。

关键词:组合结构,框架结构,抗震性能Abstract: By introducing the steel concrete composite frame structural and discussing its behavior of anti-seismic, then giving some advises about improving the behavior of anti-seismic of the steel concrete composite structural.Key words: composite structral , frame structural, anti-seismic0. 引言随着我国经济的快速发展,各种新的结构形式不断涌现。

其中钢-混凝土组合结构越来越受到大家的重视,由于组合结构具有许多突出的优点,高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建,各种型式组合结构逐渐被广泛应用。

组合结构已经和钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。

组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。

在国外,钢—混凝土组合结构最初大量应用于土木工程旨在二次世界大战结束后,当时的欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁,工程师们采用了大量的钢—混凝土组合结构,加快了重建的速度,完成了大量的道路桥梁和房屋的重建工程。

1968 年日本十胜冲地震以后,发现采用钢—混凝土组合结构修建的房屋,其抗震性能良好,于是钢—混凝土组合结构在日本的高层与超高层中得到迅速发展。

60 年代以后世界上许多国家(包括英、美、日、苏、法、德)根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。

1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会(CES、欧洲钢结构协会(ECCS、国际预应力联合会(FIP)和国际桥梁及结构工程协会(IABSE组成的组合结构委员会,多次组织了国际性的组合结构学术讨论会,并于1981 年正式颁布了《组合结构》规范。

钢骨再生粗骨料混凝土组合梁抗剪性能研究

钢骨再生粗骨料混凝土组合梁抗剪性能研究

钢骨再生粗骨料混凝土组合梁抗剪性能的研究[摘要]为研究钢骨再生粗骨料混凝土组合梁的受剪性能,进行了10根钢骨再生粗骨料混凝土组合梁和2根普通钢骨混凝土组合梁的抗剪性能试验。

本次试验中有8根发生剪切斜压破坏,4根发生弯剪破坏。

钢骨再生粗骨料混凝土组合梁与普通钢骨混凝土组合梁受力过程相似,抗剪性能表现良好。

[关键词]钢骨再生粗骨料混凝土;梁;抗剪性能;试验研究;中图分类号:tu37 文献标识码:a 文章编号:0 引言在钢骨混凝土组合结构中引入再生粗骨料混凝土,可以实现资源的节约利用,达到组合结构的可持续发展。

目前,国内外关于普通钢骨混凝土组合梁力学性能有了一些研究,但对钢骨再生粗骨料混凝土组合梁的受力性能研究尚属空白。

同时钢骨混凝土组合结构的有些问题仍需进行研究,如对钢骨混凝土组合梁的抗剪性能的研究。

基于上述分析,需进行钢骨再生粗骨料混凝土组合梁的试验研究,了解其抗剪性能和特点,以便确保组合梁的合理设计。

1 试验方案本次试验共设计了10根钢骨再生粗骨料混凝土组合梁,同时为作对比,设计了2根普通钢骨混凝土梁。

梁长有1300mm、1600mm 两种。

各试件的纵筋均通长布置,所有纵筋均选用hrb335级 18钢筋,拉压纵筋配筋率分别为1.2%。

箍筋沿梁全长等间距布置,间距100mm,选用hpb235级6钢筋,配箍率0.32%。

型钢为热轧普通工字钢i14,q345钢,截面配钢率5%,沿截面对称布置。

试件纵筋的混凝土保护层厚度20mm,型钢的混凝土保护层厚度为50mm。

在试件的浇注时同时制作寸为150mm ×150mm × 150mm混凝土立方体试块,和试件在同条件下进行养护。

28天后测试混凝土的立方体抗压强度。

试件的基本设计参数及混凝土强度等级见表1,试件配筋见图 1。

图 1试件配筋表 1试验梁的设计参数图 2现场加载图试验在广西大学结构工程国家重点试验室进行。

加载装置采用100 t级液压千斤顶。

钢与混凝土组合梁的设计步骤解析

钢与混凝土组合梁的设计步骤解析

钢与混凝土组合梁的设计步骤解析摘要:本文介绍了钢与混凝土组合梁的特点,对钢与混凝土组合梁的主要设计思路及计算方法进行了简要的概述,就设计中的一些概念和步骤进行解析,供大家参考。

关键词:钢与混凝土组合梁;翼板;板托;抗剪连接件一、概述钢与混凝土组合梁是由钢梁和钢梁所支承的钢筋混凝土板通过连接件使钢梁和钢筋混凝土板结合成为整体而共同工作的一种结构形式。

组合梁充分利用了钢材和混凝土两种材料和结构特性,充分发挥了钢材的抗拉性能和混凝土抗压性能。

钢材的抗拉性能好,把钢材布置在构件的受拉区、混凝土的抗压性能好而抗拉性能差,故把混凝土布置在构件的受压区,相互祢补了彼此的弱点,充分发挥了彼此的长处,从而达到节约材料的目的。

同材料单一结构相比,组合梁具有承载力高,结构刚度大,节约钢材(可达15%~25%),降低造价,降低楼盖结构高度(可降低20%~30%),增强了钢梁的整体稳定性,防水性能好,抗震性能强,便于铺设管线等特点,组合梁的截面高度比混凝土梁小,组合梁的截面高度仅为(1/16~1/20)L(视载荷、跨度、梁间距而定);因而能增大室内的净空高度,增大使用空间,由于采用钢梁,减少了部分模板工作量,施工简单方便,不需复杂的施工工艺,具有较为显著的技术经济效果。

组合梁与非组合梁相比,其缺点在于:1.由于钢梁顶面焊有抗剪连接件,在施工中行走不便;2.耐火等级差,对耐火要求高的钢梁,需要对其涂刷耐火涂料,增加了项目造价。

二、组合梁的设计厂房内各种平台跨度不大时,设计中往往采用钢筋混凝土结构,一般也能满足使用要求,但工艺和使用往往要求有较大的跨度和柱距,这时采用钢筋混凝土结构往往不能满足使用要求;采用钢梁与混凝土板组合楼盖,在钢梁的翼缘上,每隔一定距离便焊有圆柱头焊钉连接件或短槽钢连接件,通过连接件使钢梁与混凝土板联结成为整体而共同工作,其全部荷载由组合梁的整个截面承受,这种结构应称为钢与混凝土组合梁结构。

由于钢梁与混凝土板共同工作,故钢梁截面较小,挠度小,刚度大,降低楼盖结构高度,经济性较好。

组合梁的塑性设计方法

组合梁的塑性设计方法

组合梁的塑性设计方法概述钢结构规范GBJ17-88规定,不直接承受动力荷载的组合梁可按塑性设计方法计算使用阶段强度,但其挠度应按弹性方法计算,即: 444012555k k k q l q l q l ++1p e c ccm c ccm M b xf y ≤式中 x 为混凝土受压区高度:1p c c ccmAf x h b f =(≤) M 为全部荷载引起的弯矩设计值;钢梁的截面面积;y 为钢梁截面形心与混凝土受压区截面形心间的距离;f p 为塑性设计时采用的钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值,按弹性设计时的设计值f (表3-3)乘以折减系数0.9。

(2) 塑性中和轴在钢梁截面内,即1p e c ccm Af b h f >(图1b)时:112e c ccm c p M b h f y A f y +≤式中 A c ——钢梁受压区截面面积,按截面中力的平衡求得如下:A c =0.5(Af p -bh c 1f ccm )/f py 1——钢梁受拉区截面形心至翼板截面形心的距离;y 2——钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区截面形心间的距离。

组合梁截面上的全部剪力假定仅由钢梁腹板承受且为均匀剪应力,计算公式为: V ≤h w t w f vp式中h w 、t w 为腹板的高度和厚度;f vp 为塑性设计时采用的钢材抗剪强度设计值,按弹性设计时的抗剪强度设计值f v (表1)乘以折减系数0.9。

按塑性设计时,按局部稳定和受力构造要求应使钢腹板高厚比h 0/t w (或有纵向加劲肋时上下区格的h 1/t w 和h 2/t w )≤表1 钢材的强度设计值(N/mm 2) 钢材 钢号 厚度或直径(mm )抗拉、抗压和抗弯f 抗剪f v 端面承压 (刨平顶紧)f ce ≤16 215 125 320>16~40 200 115 320Q235 >40~60 190 110 320≤16 315 185 445 >16~25 300 175 425 16Mn 钢、 16Mnq 钢 >25~36 290 170 410≤16 350 205 450 >16~25 335 195 435 15MnV 钢、 15MnVq 钢 >25~36 320 185 415。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
— —











土 翼 缘 通 过 连 接 件 连 成 整 体 共 同工 作 ,截 面抗 弯 按 整 体 截 面考 虑 ,抗 剪 也 可 以按 组 合 作 用 来 考 虑 。 因 此 ,对 组 合 梁 的 组 合 抗 剪 作用 进 行 试 验 研 究 ,有 利
于 进 一 步 提 高组 合 梁 的 综 合 效 益 ,如 降低 梁 高 和 节
问题 是 组 合 梁 抗 剪 承 载 力 的 提 高 是 由 于 混 凝 土 翼 板 的 贡 献 还 是 由 于 钢 梁 腹 板 在 双 向应 力 作 用 下 强
化 所 致 。因此 遇 到 如 何 计算 钢梁 腹 板 所 承 担 的 剪 力 的 问题 。本 文 主 要 介 绍 计算 钢 梁 腹 板 在 塑 性 流 动 阶 段 的 剪 应 力 计 算 方 法 ,并 且 该 方 法 还 能判 断钢 材 是
否进 入 强 化 阶 段 。
图 1 试 验组 合 梁 试件 截 面详 图
Fi . Dea l o e i n g1 t i fs c me s p
根 据 试 验 目的 ,全 部 试 件 简 支 ,跨 中 两 点 对 称
单 调 静 力 加 载 。钢 梁 应 变 花 布 置 如 图 2所 示 ,数 据
中图 分类 号 : T 1 . U3 23
文献标 识码 : A
1 引言
近 年 来 ,钢 一 混 凝 土 组 合 梁 结 构 在 我 国 发 展 很 快 ,在 建 筑 和 桥 梁 结 构 等 领 域 已经 得 到越 来 越 多 的 应 用 ,取 得 了显 著 的技 术 经 济 效 益 和 社 会 效 益 I 。 l J 目前 各 国有 关 规 范 都 规 定 , 塑 性 理 论 设 计 钢 一 混 按 凝 土 组 合 梁 时 ,组 合 截 面 的竖 向抗 剪 计算 均 不 计 混 凝 土 翼 缘 部 分 的 贡 献 , 仅 考 虑 钢 梁 腹 板 的抗 剪 作 用 。在 剪 力 起 控 制 作 用 的情 况 下 ,单 纯 依 靠 加 大 腹 板 的厚 度 或 高度 是 不 经 济 的 。事 实 上 ,钢 梁 和 混 凝
维普资讯
钢 混凝 合粱抗 究中 坌 鲨 . 十组 剪研 望 堑
l l
— 一
J ~—
— —
一 — — — …

o 。



1I L I

∞ 10 6 0

. 一 一・曼I 制 ] r :拴 ’


- q
约 钢 材 等 。在 组 合 梁 抗 剪 研 究 中 ,一 个 非 常 重 要 的
采 集 均 由计 算 机 自动 完成 。
收 稿 日期 : 2 0 —3 1 修 改 日期 : 20 .61 0 1 —2: 0 0 10 .0 基 金项 目: 国家 杰 出青 年 科 学基 金 资助 项 目(0 2 8 2 ,北 京 市 自然科 学 基 金 资助 项 50 52 ) 陈 肖 (9 2 1) 8 9 o 3 作 者 简 介: 聂 建 国 (9 8 ,男 , 湖 南人 ,教 授 ,博 士 ,博 士 生 导师 ,长 江 学者 特 聘 教 授 , 从 事组 合 结 构 、钢 结 构 及 钢 筋 混 凝土 结 构研 究 15 ) 林 (9 2 , 男, 内蒙 古 人 , 高级 工 程 师 ,硕 士 ,一 级 注 册 结 构 工 程 师 ,从 事建 筑 结 构 设 计 研 究 16 ) 岩 09 0, 男 , 内蒙 古 人 ,副 教 授 ,博 士 , 从 事抗 震 工 程 、组 合 结 构 、钢 结 构 及 钢 筋 混凝 土 结 构研 究 6

钢 一混 凝 土 组 合 梁 抗 剪 研 究 中的 塑 性 分 析 方 法
聂 建 国 ,陈 林 , 肖 岩 2
f_清 华 大 学 土 木 工 程 系 ,北 京 10 8 ; .南 加 州 大 学 士 木 】 程 系 ,美 国) l 0042 .

要 : 为 了研 究钢 一混凝 土组 合 粱 正弯矩 区的组 合抗 剪 性 能,本 文对 l 6根 密 实截 面钢 一混凝 土 组合 梁 的组 合
段 。 为 了验 证 这 一 方 法 的 正 确 性 , 作 者 还 进 行 了 2个 纯 钢 梁 试 件 的 抗 剪 试 验 , 试 验 结 果 与 计 算 值 吻 合 良好 。
关 键 词:钢 一混凝 土 组合 梁 ;组合 抗 剪性 能 ;剪应 力 ;塑 性 分析 ;应 变硬 化 ( 化) 强
维普资讯
第 l 9卷 第 5期
20 0 2年 l 月 O

ENG



V0 .9 No. I1 5
Oc . 2 0 t 0 2
ERI NG M匝CHAN1 CS
文 章 编 号 : 1 0 -7 02 0 )50 80 0 04 5 (0 20 -4 -4
2 试验 简 介
设 计 钢 一混 凝 土 简 支 组 合 梁 试 件 1 个 。主 要 6 变 化 参 数 有 组 合 梁 的 剪 跨 比 、混 凝 土 翼 板 厚 度 和 宽 度 。 试 验 仅 考 虑 密 实 截 面 组 合 梁 , 钢 梁 钢 材 均 为 Q2 5A 。 为 了对 比 ,专 门 设 计纯 钢 梁 试 件 2 个 , 3一 纯 钢 梁 的截 面 尺 寸 同 组 合 梁 的钢 梁 截 面 尺 寸 。试件 截 面尺寸如 图 1 示 。 所
抗 剪性 能 进行 了试验 研 究 。在 试验 研 究 中 ,为 了分 离 组合 梁 各抗 剪 部 分承 担 的 剪力 , 需要 计 算钢 梁 腹板 所 承 担 的剪 力 。本文 介 绍 一个 钢 梁腹 板 在 塑性 流动 阶段 的剪 应 力计 算方 法 ,并且 该 方 法还 能 判 断钢 材 是否 进 入强 化 阶
相关文档
最新文档