完全抗剪连接组合梁
抗剪连接程度对组合梁受力性能影响
关键词：钢‒混凝土组合梁；抗剪连接程度；参数分析；试验
研究；承载力；界面滑移
中图分类号：U443. 35
文献标志码：A
Effect of Shear Connection Degree on Mechanical Behavior of Composite Beams
HUANG Qiao1，ZHENG Xing1，LI Wenxian2
1 建立有限元模型
1. 1 几何模型 运用大型通用有限元软件 ABAQUS，建立 4 个不
同焊钉间距的钢‒混凝土简支组合梁的有限元模型，分 别编号为SCB-1 至SBC-4。简支梁计算跨径为3. 0 m， 在建模时考虑到模型受力的对称性，为减小计算耗时， 仅建立二分之一模型，并相应在跨中处设置对称边界 约束。工字形钢梁的上翼缘板宽度为120 mm，下翼缘 板宽度为 160 mm，腹板高度为 150 mm。翼板和腹板 厚度均为10 mm。混凝土翼缘板断面尺寸为宽300 mm、 高 80 mm。按照构造要求，在混凝土板中共设置 6 根 Φ6 纵向钢筋和间距 200 mm 的 Φ6 箍筋。 组合梁的立 面构造图及横断面图如图 1 所示。
图 1 组合梁构造图（单位：mm） Fig. 1 General layout of composite beams (unit: mm)
抗剪连接程度 η 是本文中主要研究的对比参 数。模型中采用双排布置的 Φ13×60 焊钉，横向间 距为 60 mm。模型 SCB-1 为完全抗剪连接（η=1），
SCB-2 和 SCB-3 设计为部分抗剪连接（η<1），SCB4 则布置数量多于 SCB-1 的焊钉（η>1）。4 个模型 的焊钉布置情况见表 1。
中的上方设置一个参考点，并对其施加竖直向下的位 移。通过将参考点与混凝土顶面的一块区域进行耦合， 使参考点的位移刚性地传递至混凝土顶面。
组合梁完全抗剪和部分抗剪的构造要求
组合梁完全抗剪和部分抗剪的构造要求好嘞，今天我们来聊聊组合梁的事儿，尤其是完全抗剪和部分抗剪这两个概念。
听起来有点高深，其实说白了就是要让梁在受力的时候不那么容易变形。
说到组合梁，你可能会想到那些高楼大厦的钢筋混凝土结构，哎呀，那真是个让人心旷神怡的东西。
先说说完全抗剪，这玩意儿就像你一口气吃下了一大碗麻辣火锅，虽然吃得痛快，但肚子得受点儿委屈。
完全抗剪的设计意味着梁在受力的时候，能抵御各种剪切力，就像一位武艺高强的侠客，无论敌人怎么攻击都能稳如泰山。
这种结构可不是随便造的，得好好规划，材料的选择、尺寸的设计全得精细，真是个细致活儿。
想象一下，工程师们开会讨论这些细节，就像是在研究如何制作一份绝世美食，得把每一步都琢磨透了。
再说部分抗剪，这种梁就像是个调皮的小孩，有点儿抗压能力，但面对强大的剪切力时，可能就会显得有些力不从心。
就好比你试图用一根小木棍去撬动一块大石头，哎呀，真是难为自己。
部分抗剪的结构通常会在设计上有所妥协，虽然不如完全抗剪那么强大，但在一些情况下，还是能勉强应付。
毕竟，生活中总会有些不如意的事，大家都得学会应对。
你可能会想，为什么不都用完全抗剪的设计呢？这就好比你不可能天天吃火锅，偶尔也得换换口味。
完全抗剪虽然强大，但成本可不低，材料、施工、维护，各种费用一加起来，吓得人都想退缩。
部分抗剪的设计在某些情况下，能够省下不少钱，真是个聪明的选择。
不过，选择部分抗剪的设计时，得好好评估一下具体情况，就像选手机的时候，要考虑品牌、价格、功能，各种因素得统统纳入考虑。
要是你问我，完全抗剪和部分抗剪哪个更好，我告诉你，其实这要看你具体的需求。
有些地方，比如高层建筑或者大跨度的桥梁，完全抗剪就特别合适。
因为这些地方受力大，必须得有个稳稳的底盘。
反之，某些小型建筑或者局部受力较小的地方，部分抗剪就能派上用场，省钱又省心。
在实际施工中，抗剪的构造要求也得仔细考虑。
比如，混凝土的强度得足够，钢筋的配置得合理。
钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件设计
钢-混凝土组合梁中的抗剪连接件摘要本文简单介绍了钢—混凝土组合梁结构组合作用的机理，列举了抗剪连接件的分类，介绍了抗剪连接的试验方法和破坏形态以及一般的构造要求，着重介绍了栓钉连接的特点，受力分析并列举了诸多国家规范中规定的栓钉承载力计算和设计方法，并介绍其构造要求，最后简单介绍两种较为新型的抗剪连接件。
关键字：钢—混凝土组合梁；抗剪连接件；栓钉；抗剪承载力1．绪论钢—混凝土组合结构是指由钢和混凝土两种材料组成，在荷载作用下具有整体作用，在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。
其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构（组合结构）。
它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的构件：在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉。
它充分发挥钢材和混凝土二种材料的优点：同混凝土结构相比，可以减轻自重，减小构件截面尺寸，减轻地震作用；同钢结构相比，可以减少用钢量，降低结构造价，增加结构的稳定性，增强结构的防火性和耐久性。
故因其兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、造价低的优点，虽然在我国发展起步较晚，但近几年来取得了不少成就，在多层工业厂房、高层建筑、桥梁结构等方面都已经得到了较好的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。
钢—混凝土组合构件目前的主要形式有：钢—混凝土组合梁、型钢混凝土组合结构、钢管混凝土组合结构、外包钢混凝土结构及压型钢板混凝土组合楼板等。
当然，随着建筑材料、设计理论和设计方法的不断发展，也出现了钢-混凝土组合框架结构、框架-核心筒混合结构等一系列新型的结构形式。
然而，在组合结构中抗剪连接是一个重要特征，抗剪连接件是将钢梁与混凝土板组合在一起共同工作的关键部件。
故本文将在钢—混凝土组合梁中的抗剪连接方面进行一些探讨。
2．钢-混凝土组合梁中的抗剪连接2.1 组合结构的组合作用组合结构的优越性在于结合了混凝土和钢材两种材料的的良好性能，充分利用材料和截面特性。
5、组合梁抗剪连接
•
•
•
adhesion and chemical bond
interface friction
mechanical interlock
dowel action
Test on shear connectors.
(a) Push-out specimen. (b) Non dimensional load-slip
non-ductile- as those which fracture when the
ultimate load PR of the connector is reached without
any significant slip; in this case, the subsequent shear
• For slip capacity su, EC 4 estimates that a value
greater than 6 mm allows shear connectors to be
considered as ductile.
• rigid shear connectors刚性（非延性）连接件, i.e.
with the connector is less than that provided in a pushout test, as may be the case when the slab is hunched连
接件周围砼侧向约束少于push-out test，如带托组合梁。
When lightweight concrete is to be used 轻质混凝土
stress.
Table 5.1 Nominal static strength of shear connectors
组合结构抗剪连接件讲解
1、抗剪连接件的作用、类型
抗剪连接件的主要作用是抵抗水平剪力和竖向的掀起力。 常用的抗剪连接件类型包括栓钉连接件、槽钢连接件、方钢连接件、
T型钢连接件和弯筋连接件等。 剪力连接件一般地可分为两类－刚性连接件（方钢、T型钢）和柔
性连接件（槽钢和栓钉）。刚性连接件容易引起其周围混凝土中较 高的应力集中，结果引起混凝土的压碎或者剪切破坏，有时也可引 起焊接破坏。柔性连接件的破坏形态较为协调一致。 共性：有限的变形能力；对混凝土施加集中梁中，交界面上钢与混凝土的粘结作用 很小，极易发生粘结破坏。为保证上下层结构有效的共 同工作，必须在交界面处设置抗剪连接件。抗剪连接件 的形状应保证既能抵抗剪切滑移有能抵抗掀起作用。
常用抗剪连接件类型：栓钉、槽钢、弯筋以及方钢和T 型钢等
6
1、抗剪连接件的作用、类型
与栓钉连接件类似，一般情况槽钢连接件的抗剪承载力随混凝土 强度的提高而提高，最后的破坏发生在混凝土上。当混凝土强度 较高时，槽钢抗剪连接件的抗剪能力不再随混凝土强度的提高而 增加，最后的破坏发生在槽钢。
若增大槽钢翼缘厚度，将会增大连接件根部混凝土的有效承压面 积而提高抗剪能力；若增大槽钢腹板厚度，会增加腹板抗弯刚度 和抗拉能力，从而提高抗剪承载力。
组合结构的性能取决于界面处剪应力的有效传递 钢－混凝土截面剪力传递：
化学粘结力（0-0.1N/mm2）; 摩擦力（摩擦系数：0.6） 剪力连接件承受 （1）纵向的剪力 （2）由于滑移和屈服，组合梁中板的弯矩对钢梁的弯矩之比沿长 度方向是变化的，同时板内的弯矩引起弯曲向上。因此剪力连接件 还受到向上的拉伸作用（掀起作用）；
对于钢－混凝土组合梁，但翼缘板采用压型钢板-混 凝土组合板的时候，栓钉所受到的力比较复杂，抗剪 承载力有所降低，因此应考虑相应的承载力计算的折 减系数。
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。
钢_混凝土组合梁剪力计算
E1 A1E 2A2 h
( 10)
2 算例分析
2 1 算例 1
图 1 所示的 钢 混 凝土 组 合梁, 荷 载 P = 80kN, 梁
自重忽略 不计。混 凝土强 度等 级为 C20, f c = 9 6MPa, Ec = 25 5GPa, 钢梁采用 Q235B 级钢 制成的 ∃25a, f a =
215MPa, Ea = 200GPa。已知 混凝土 翼板截面 be ∀ hc =
由于栓钉的固定作用, 使组合梁的上、下 梁中产生了轴
向力 N 1, N 2, 同时 在上、下梁 中分 别有 弯矩 M1 ( x ) 和 M2( x) 的作用, 由图可 知: 上、下梁 的轴向 力 N 1, N2 应
满足下式:
N1+ N2 = 0
即:
N2 = - N1 = N
( 1)
钢 混凝土组合梁任意截面的弯矩应满足下式:
2 000mm ∀ 150mm, 梁长 l = 6m, 梁中选用 的抗剪连接件
为 d = 19mm 的圆柱头焊钉, 长 度为 160mm, 材 质为 4 6
级, f = 215MPa, = 1 67, 栓 钉 共 36 个, 沿梁 的全 跨对
称均匀布置。试求单个栓钉受到的剪力 并验算其强度
是否满足要求。
87
式中: E1 I1 , E2I 2 分别 为组 合梁 中混 凝 土翼 板和 钢梁 相对各自中性 轴的弯 曲刚 度; A 1, A2 分别 为组合 梁中 混凝土翼板和钢梁各自的截面面积。
由式( 3) 可知 截面 a 与 截面 b 之 间混 凝土翼 板下
表面与钢梁上表面的伸长长度相等, 即:
组合结构设计原理 第2版 第6章 钢-混凝土组合梁
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-混凝土组合梁.详解
29
§ 3.3 组合梁试验结果分析
3.3.1 组合梁正截面受力性能
由试验结果知；从加荷到破坏，组合梁 正截面经历弹性、弹塑性和塑性三个受力阶 段，见图3.3.1
塑性 弹塑性 A 弹性
B
30
31
简支组合梁破坏形态
32
连续组合梁破坏形态
33
3.3.1
1、弹性阶段
组合梁正截面受力性能
在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载－变形曲 线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的50%左右时，钢梁的 下翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还处于弹性工作状态 2、弹塑性阶段 加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组 合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载－变形曲线开始 偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形
y0
Ay A
i i
i
(3.4.3)
Ai ——第个单元的截面面积,对混凝土单元 需将其换算成钢材单元进行计算 ； yi ——第个单元重心轴距截面顶边得距离。
当考虑混凝土得徐变影响时,应将公式3.4.2 代入公式3.4.3进行计算,即可求得考虑混凝土徐 变影响的组合截面的重心轴距组合截面顶边的距 c y 离,并用 0 表示。
22
3.1.4
组合梁的施工方法
2. 施工阶段组合梁下设临时支撑
施工阶段在组合梁下设置临时支撑，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小
来确定，当跨度L大于7m时，支撑不应少于3个，当跨度L小于7m时，可设置 1~2个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，组合梁 不必进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，全部荷载均由组合梁承受。设 置临时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁 与混凝土板之间的相对滑移。
中美两国组合梁设计规范比较
中美两国组合梁设计规范比较柳胜华【摘要】对中国<钢结构设计规范>(GB50017-2003)和美国<核设施安全相关钢结构设计、制造及安装规范>(ANSI/AISC N690-1994)中组合梁的设计进行了比较.指出两国钢结构设计规范中对组合梁设计规定的相同点及不同点.为工程设计及研究人员对组合梁的设计和研究提供参考.【期刊名称】《核技术》【年(卷),期】2010(033)002【总页数】5页(P127-131)【关键词】组合梁;稳定性;挠度;抗剪承载力【作者】柳胜华【作者单位】上海核工程研究设计院,上海,200233【正文语种】中文【中图分类】TU398AP1000核电站中土建结构大量采用组合梁结构，其设计依据美国《核设施安全相关钢结构设计、制造及安装规范》(ANSI/AISC N690-1994)[1]。
组合梁在我国主要应用于民用建筑结构及桥梁结构中，设计的主要依据是《钢结构设计规范》(GB50017-2003)[2]和《高层民用建筑钢结构设计规程》(JGJ99-98)。
为促进组合梁结构在核电厂土建结构中的应用，加深对组合梁结构的认识，本文比较了我国GB50017-2003和美国ANSI/AISC N690-1994对组合梁设计规定的异同之处，为工程设计及研究人员提供参考。
1 组合梁的优点及发展钢与混凝土组合梁融合了钢与混凝土两种材料的优点，比钢梁或钢筋混凝土梁具有性能优势。
主要是：可充分发挥两种材料的优势，降低用钢量，降低造价，提高经济效益；房屋建筑中，由于组合梁的刚度大，在同等荷载条件下，可降低梁高，使建筑物的总高度降低，或建筑物的楼层层数增加，经济效益非常显著。
另外，组合梁的承载力可靠，抗疲劳性能好，可降低冲击荷载的冲击系数。
对组合梁的研究始于上世纪初。
1944年，美国州际公路协会(ASSHO)制定的《公路桥涵设计规范》将组合梁的设计规定纳入其中。
1946年，美国《房屋钢结构设计、制造和安装规范》也列入了组合梁的有关内容。
_钢结构设计规范_GB50017_2002_钢_混凝土组合梁修订内容介绍
建 筑 结 构 学 报 #$%&’() $* +%,)-,’. /0&%10%&23
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《钢结构设计规范》 （!"#$$%&—’$$’） 钢 C 混凝土 组合梁修订内容介绍
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极限抗弯承载力为 &2" &+ . !+, "+, # #! . #& 3 $ % &+ 4 # ’’ . ’$ % " #!% #&%
式中， &2为负弯矩设计值； ’’ ， ’$ 分别为钢梁塑性中和 轴以上和以下截面对该轴的面积矩； #! 为纵向钢筋截 面形心至组合截面塑性中和轴的距离。 当塑性中和轴位于钢梁上翼缘内时， 则可取 #& 等 于钢梁塑性中和轴至腹板上边缘的距离。在实际应用 中， 钢筋截面面积均小于钢梁截面面积， 同时考虑到钢 !"
!"
# $ % 计算组合梁挠 续组合梁负弯矩区的设计计算方法； 度的折减刚度法； # ! % 部分抗剪连接组合梁的设计方 # & % 压型钢板组合梁的设计计算及构造特点； #"%引 法； 入了混凝土叠合板组合梁的设计。 其中，混凝土叠合板组合梁是将预制钢筋混凝土 板支承在工厂制作的焊有栓钉剪力连接件的钢梁上， 然后在预制板上浇筑混凝土。当现浇混凝土达到一定 强度时， 栓钉连接件使槽口混凝土、 现浇层及预制板与 钢梁连成整体共同工作。预制板既作为底模承受现浇 混凝土自重和施工荷载，又作为楼面板或桥面板的一 部分承受竖向荷载，同时还作为组合梁翼缘的一部分 参与组合梁的受力。这种形式的组合梁构造简单，施 工方便，用简单的施工工艺即可获得 良好的结构性能，并已在我国的许多 建筑结构和桥梁工程中得到了成功的 应用。 另外，新规范对旧规范内容进行 修订和调整的内容主要有： # ’ % 放宽了栓钉抗剪连接件的承 载力限值； # $ % 取消了钢材的塑性折减系数； # ! % 取消了对槽钢连接件肢尖方 向的限制要求。 以下就新规范对钢 ( 混凝土组合梁的主要修订和 补充内容及其相关依据进行说明。
组合梁抗剪连接件设计
组合梁抗剪连接件设计
试验研究表明，组合梁中常用的栓钉等柔性抗剪连接件在较大的荷载作用下会产生滑移变形，使交界面上的剪力在各个连接件之间发生重分布。达到极限状态时，交界面各连接件受力几乎相等，与其位置无关，因此不必按剪力图布置连接件，可以分段均匀布置，从而给设计和施工带来极大的方便。
栓钉规格：直径为19X100，As=Пx192/4=284
把全跨布置成均匀的两跨，每个跨区段内钢梁与混凝土翼板交界面的纵向剪力为Vs=min{Af,behcfc}=729.4KN。
按完全抗剪连接设计，每个跨区段内需要的连接件总数为：
Nf=Vs/Nvc=729.4/71.38=10.4≈11,则全跨布置22个栓钉。因为全跨全场3000mm，所以栓钉间距为130mm，均匀布置，此时的抗剪连接程度即为1。
栓钉剪承载力设计值
Nvc=0.7As*ϒ*f=0.7x284x1.67x215=71.38KN<0.43As =0.43*284* 16.7=88.6KN
Af’=3104*235=729.4KN, behcfc=800*130*16.7=1736.8KN,
As—栓钉钉杆截面面积；ϒ—栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比，一般取1.67；f—栓钉抗拉强度设计值；Ec—混凝土弹性模量；fc—混凝土抗压强度设计值；A—钢梁的截面面积；f’—钢梁的屈服强度；be—混凝土翼板的有效宽度；hc—混凝土翼板厚度；
完全抗剪连接组合梁
正弯矩区剪跨段
V = A f (塑性中和轴位于混凝土翼板内)
V = be hc fc (塑性中和轴位于钢梁截面内) 负弯矩区剪跨段
V = Ast fst
V :剪跨区内混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力
n个栓钉连接件均匀分布于 其剪跨区段内
每个剪跨区内所应配置的栓钉连接件总数：
n
V
/
N
C V
14
第17讲— 组合梁的设计
7
国家级精品课程——钢结构设计
第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
完全抗剪连接组合梁的强度计算:
Af ≤1 fchcbe时， M ≤be x1 fc y
Af 1 fchcbe时， M≤behc1 fc y1 Ac fy2
y2 y1
A :钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截面面积
正弯矩作用区段的受弯承载力
剪跨区内混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力n个栓钉连接件均匀分布于其剪跨区段内第17讲组合梁的设计组合梁抗剪栓钉的验算1515集中力作用时栓钉连接件的布置当抗剪连接键的设置受构造等原因的影响不能满足要求时可采用部分抗剪连接设计法
国家级精品课程——钢结构设计
第17讲 组合梁的设计
楼面梁的设计 钢梁的设计 组合梁的设计
1
国家级精品课程——钢结构设计
第17讲— 组合梁的设计
1. 组合梁的形式与特点
无组合作用梁
➢楼板和钢梁独立发生弯曲变形； ➢楼板和钢梁间相对剪切滑动； ➢楼板和钢梁作为独立构件联合承 担荷载。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 完全抗剪连接组合梁
变形图
楼板 钢梁
组合梁 （整体承受荷载）
抗剪连接件
变形图
应力分布
钢结构设计(山东联盟)知到章节答案智慧树2023年青岛理工大学
钢结构设计（山东联盟）知到章节测试答案智慧树2023年最新青岛理工大学第一章测试1.普通房屋和构筑物的设计使用年限参考答案:502.三级特等医院的住院部、医技楼、门诊部，抗震设防类别应划分为甲类。
参考答案:对3.大中城市的三级医院住院部、医技楼、门诊部，县及县级市的二级医院住院部、医技楼、门诊部，抗震设防烈度为8、9度的乡镇主要医院住院部、医技楼，县级以上急救中心的指挥、通信、运输系统的重要建筑，县级以上的独立采、供血机构的建筑，抗震设防类别应划分为（）类参考答案:乙4.荷载组合时，屋面均布活荷载与雪荷载应该同时考虑参考答案:错5.高强螺栓承压型连接受剪时的极限承载力由栓杆抗剪和孔壁承压决定参考答案:对6.什么是建筑结构的设计使用年限？参考答案:null7.在规定的设计使用年限内，结构需满足哪些功能要求？参考答案:null8.设计基准期和设计使用年限有何不同？参考答案:null9.荷载组合为什么分为基本组合、偶然组合、标准组合、频遇组合和准永久组合？参考答案:null10.钢材的选用应考虑哪些问题？应如何选择才能做到经济合理、安全适用？参考答案:null第二章测试1.当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时,必须在受压翼缘两侧布置( )参考答案:隅撑2.当采用压型钢板轻型屋面时,对受荷水平投影面积超过60㎡的刚架结构,计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取( )。
参考答案:0.3kN/m23.门式刚架的柱脚,当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时,则应采用( )柱脚参考答案:刚接4.门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取( ),在雨水较多的地区取其中的较大值。
参考答案:1/20—1/85.如轻型钢屋架上弦杆的节间距为L，其平面外计算长度应取( )参考答案:侧向支撑点间距6.压型钢板沿横向搭接的构造要求？参考答案:null7.什么是薄板的有效宽度？薄板的支撑条件对其有效宽度比产生什么影响？参考答案:null8.C型檩条和Z型檩条的适用范围参考答案:null9.屋面檩条布置时拉条的布置原则有哪些？参考答案:null10.组成墙架系统的主要基本构件有哪些？参考答案:null11.双侧挂墙板与单侧挂墙板对墙梁的内力计算有什么影响？参考答案:null12.墙梁拉条在布置时应考虑的因素有哪些？拉条及斜拉条的截面应如何确定？参考答案:null13.多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，摇摆柱的计算长度系数μr 如何取值？参考答案:null14.实腹式刚架斜梁满足什么条件可以不计算平面内的整体稳定性？参考答案:null15.门式刚架柱采用等截面时，是否可以采用塑性设计方法进行刚架平面内的整体稳定计算？参考答案:null16.屋面设置隅撑可以发挥什么作用？隅撑与屋面刚架和檩条如何实现连接？参考答案:null17.梁与柱采用外伸端板连接时，端板厚度如何确定？参考答案:null18.端板连接设计中考虑端板塑性变形，将撬力影响计入后，端板的厚度有什么改变？参考答案:null19.铰接柱脚与刚接柱脚在传力机理和节点构造设计的区别有哪些？参考答案:null20.刚接柱脚锚栓截面如何计算？参考答案:null21.柱脚底板在什么情况下应设置抗剪键，其作用是什么？如何计算？参考答案:null22.钢结构的除锈方法有哪些？简述其特点；参考答案:null23.喷射和抛射除锈四个等级的标准是什么？参考答案:null第三章测试1.屋架下弦杆为拉杆,其截面尺寸由( )确定参考答案:强度2.屋架上弦杆为压杆,其承载能力由( )控制参考答案:整体稳定3.屋架节点板上,腹杆与弦杆以及腹杆与腹杆之间的间隙应不小于( )参考答案:20mm4.梯形屋架下弦杆常用截面形式是两个( )参考答案:不等边角钢短边相连,短边尖向下5.屋架设计中，积灰荷载应与（）同时考虑参考答案:屋面活荷载和雪荷载两者中的较大值6.简述重型单层厂房钢结构厂房横向框架的组成及作用？参考答案:null7.简述重型单层厂房钢结构厂房纵向框架的组成及作用？参考答案:null8.简述屋盖支撑的分类。
(完整)基于规范和ABAQUS的组合梁承载力计算
基于规范和ABAQUS 的组合梁承载力计算摘 要:分别应用钢结构设计规范公式和有限元软件对完全抗剪连接组合梁的正弯矩区段进行塑性设计,计算其正截面抗弯承载力设计值.通过有限元软件绘出弯矩-跨中位移曲线。
对两种方法的计算结果进行对比,分析误差原因.关键字：组合梁;塑形设计；规范；有限元1 概述本文以一道例题来对比理论计算方法和有限元软件得到正截面抗弯承载力设计值，并分析造成误差的原因,例题如下：某办公楼内一完全抗剪连接组合梁，翼缘板计算宽度e b 为1630mm,板厚c h 为110mm ，混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值c f =14.3N/mm 2;钢梁为I32a ，Q235钢，截面面积A 为73.52cm 2。
应用塑性设计法计算组合梁正弯矩截面抗弯承载力设计值u M .如果翼缘板计算宽度e b 为1230mm ，板厚c h 为100mm,混凝土强度等级为C20，计算此时的截面抗弯承载力设计值u M .采用有限元软件对该组合梁进行有限元模拟，要求:（1)采用三等分加载，为保证得出纯弯段的极限承载力，可根据需要自行对剪弯段进行加强；(2）由于是完全抗剪连接,有限元软件计算中可不考虑栓钉作用；（3）通过有限元软件绘出弯矩-跨中位移曲线；（4）有限元混凝土应力—应变关系按《砼规》，钢材应力—应变关系取为理想弹塑性）；（5）有限元分析计算得到的承载力与规范公式计算结果进行对比,分析其差异原因。
2 应用钢结构规范公式对组合梁进行正截面抗弯承载力计算因题中采用的I32a 钢梁不方便计算，现改为以下截面，如图1所示,其面积s A 为73.8cm 2。
图1 组合梁钢梁截面图（1）be =1630mm ，c h =110mm ，混凝土强度等级为C30时： 材料强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值c f =14。
3N/mm 2,Q235钢抗拉、抗压强度设计值y f =210N/mm 2。
判断塑性中和轴位置 s 738021015498001549.8y A f N kN =⨯== 163011014.325639902563.99e c c b h f N kN =⨯⨯==s y e c c A f b h f < ,因此中和轴在混凝土受压翼缘板内，如图2所示。
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国家级精品课程——钢结构设计
第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
部分抗剪连接组合梁的强度计算:
正弯矩作用区段的受弯承载力：
M u,r 全部荷载产生的正弯矩设计值；
c Mu,r nr Nv y1 Ac fy2
c Ac 0.5( Af nr N v )/ f
n r 一个剪跨区的抗剪连接件数目；
2. 组合梁的计算
翼板的计算厚度： 翼板有效宽度be ： be=bo+b1+b2（边梁） be=bo+2b2 （中间梁） bo ：钢梁（板托）顶部宽度 b1：梁外侧的翼板计算宽度, min{l/6, 6hc , s1} b2：梁内侧的翼板计算宽度, min{l/6, 6hc , s0/2} 普通钢筋混凝土翼板：原厚度ho 带压型钢板的混凝土翼板：hc （压型钢板顶面以上混凝土板厚度）
3
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第17讲—组合梁的设计
现浇混凝土楼板的板托 板托的作用： 扩大梁与板的承压面积，防止混凝土板的局部承压破坏； 提高板在支承梁处的截面高度，进而提高板的抗冲切能力； 组合梁截面高度增加，提高其截面刚度与承载力
4
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第17讲— 组合梁的设计
A :钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截面面积 正弯矩作用区段的受弯承载力
8
y2
y1
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
完全抗剪连接组合梁的强度计算:
负弯矩作用区段的受弯承载力
M ≤Ms Ast f st ( y3 y4 / 2)
Ast:翼板有效宽度范围内钢筋截面面积 Ms: 钢梁截面的全塑性弯曲承载力
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第17讲 组合梁的设计
楼面梁的设计 钢梁的设计 组合梁的设计
组合梁：在钢梁上铺设钢筋混凝土板或压型钢板组合板，梁板 共同工作，板可作为梁的一部分，发挥比钢梁更大的作用，其 强度和刚度提高。 应用：钢结构的厂房、高层建筑及桥梁结构。 优点： 发挥材料的特性，承载力相同时，比非组合梁节约钢材15～ 25%。 刚度要求相同时，组合梁比非组合梁减小截面高度26～30%。 提高钢梁的侧向刚度和稳定性，改善受压区的受力状态。 抗震性能好。
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
组合梁正截面受弯承载力计算方法：
（1）组合梁截面应力弹性分析方法 用于直接承受动力荷载或组合梁中受压板件的宽厚比不符
合表4-6(抗震等级2级)要求的组合梁的计算。
（2）组合梁截面应力塑性分析方法 用于不直接承受动力荷载，且组合梁中受压板件的宽厚
C
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第17讲— 组合梁的设计
集中力作用时栓钉连接件的布置
可将n个栓钉连接件按各分剪力区段的剪力图面积分配； 然后各自均匀分布于分剪力区段。
n1＝nA1 /( A1 A2 )
n2＝nA2 /( A1 A2 )
比符合表4-6((抗震等级2级))要求的组合梁的计算。
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
组合梁截面应力塑性分析方法的假定:
在混凝土翼板的有效宽度内，纵向钢筋和钢梁受拉及受压应力 均达到强度设计值；
塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值可忽略不计；
塑性中和轴受压侧的混凝土截面均匀受压，并达到弯曲抗压强 度设计值。
Ms =Ws f
y4 =Ast fst /(2tw f )
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
完全抗剪连接组合梁的强度计算:
受剪承载力：
视全部剪力由钢梁腹板承受：
V ≤hwtw fv
hw、tw:分别为钢梁腹板的高度和厚度； fv ：塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值. 钢梁局部稳定： 板件宽厚比可偏于安全地按塑性设计的规定选取。
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第17讲— 组合梁的设计
1. 组合梁的形式与特点
无组合作用梁
楼板和钢梁独立发生弯曲变形； 楼板和钢梁间相对剪切滑动； 楼板和钢梁作为独立构件联合承
担荷载。
变形图 应力分布
完全抗剪连接组合梁 楼板 钢梁
组合梁 （整体承受荷载）
抗剪连接件
变形图
应力分布
2
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第17讲— 组合梁的设计
1. 组合梁的形式与特点（续）
部分抗剪连接的组合梁
抗剪连接件数量较少。
抗剪连接件数量小于完全抗剪连
接组合梁所需数量的50%，实际 设计时不再考虑板梁的组合作用。 压型钢板混凝土组合板作为翼板 的组合梁，宜按部分抗剪连接组 合梁设计。 部分抗剪连接限用于跨度不超过 20m的等截面组合梁。
N
c v
每个抗剪连接件的纵向抗剪承载力.
c x nr N v /(be 1 f c )
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第17讲—组合梁的设计
2. 组合梁的计算
部分抗剪连接组合梁的强度计算:
负弯矩作用区段的受弯承载力：
c ( y3 y4 / 2) M M s minAst f st , nr N v
M s Wsp f
受剪承载力和局部稳定性： 同完全抗剪连接组合梁。
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
组合梁抗剪栓钉的验算
剪跨区段的划分：
在混凝土翼板上的力取抗剪连接件所能传递的纵向剪力
要求：钢梁翼缘及腹板的板件宽厚比满足塑性设计要求。
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第17讲— 组合梁的设计
2. 组合梁的计算
完全抗剪连接组合梁的强度计算:
Af ≤1 fc hcbe时，
M ≤be x1 fc y
Af 1 fc hcbe时，
M ≤be hc1 fc y1 Ac fy2
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第17讲—组合梁的设计
组合梁抗剪栓钉的验算
正弯矩区剪跨段
V=Af (塑性中和轴位于混凝土翼板内) V = be hc fc (塑性中和轴位于钢梁截面内)
负弯矩区剪跨段
V = Ast fst
V :剪跨区内混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力 n个栓钉连接件均匀分布于 其剪跨区段内
每个剪跨区内所应配置的栓钉连接件总数： n V / NV