钢与混凝土的连接与组合

组合机理
q
A
h
L/2 L/2
h
b
非组合梁
max
max
max
max
组合机理
q
A
h
L/2 L/2
h
b
组合梁
max
max
组合机理
非组合梁
max
Mymax ql 2 h 16 2 I bh3 3 ql 2 12 8 bh2
组合梁
max
ql 2 h My max 3 ql 2 8 I b(2h) 3 16 bh2 12 1 ql 3 V 3 2 3 ql 2 b(2h) 2 b(2h) 8 bh
带头栓钉连接件，长径比 h/d不小于3；
承拉翼缘的直径 d≤1.5t，t—翼缘板厚； 翼缘不受拉 d≤2.5t
栓钉头直径不小于1.5d，头高不小于0.4d
栓钉最小间距：剪力方向lmin=6d 垂直剪力方向（横向）lmin=4d
用于连接压型钢板与钢梁的栓钉，d≤19mm。栓
钉顶部至少应超过压型钢板顶面35mm。
剪切连接件的设计
试验研究
由于剪切连接件受力复杂，不易直 接采用理论方法分析确定其承载力，
一般通过试验方法得到。 确定剪切连接件的试验方法有：
推出试验 梁式试验 剪力连接件标准试验法-标准推出件
剪切连接件的设计
剪切连接件的基本力学性能用荷载滑移曲线反映，国际上以推出试验作 为连接件的标准试验。 连接件的极限强度与混凝土强度、 栓钉的直径、栓钉材料的强度等因素 有关。 栓钉荷载滑移曲线 栓钉剪切连接件的静力强度大 致与栓钉的直径的平方及混凝 土强度的平方根成正比。
ql 4 5 ql 4 b(2h) 3 256 Ebh3 E 12
max
3V 3 ql 1 3 ql 2 bh 2 4 bh 8 bh
max
3 ql 2 3 ql 2 max : 2 8 bh 16 bh 2
q 4 q 4 l l 5 2 5 2 5 ql 4 f 384 EI 384 bh3 64 Ebh3 E 12
土发生压碎或剪切破坏，甚至在连接件与钢梁间的焊接处发生破坏；

柔性连接件的刚度较小，作用在接触面上的剪力会使其发生形变，
当混凝土板与钢梁之间产生滑移时，其剪切承载力不会降低 ( 塑性) 。
利用这一点可以考虑组合梁交界面处的剪应力重分布，减少剪切连接
件的使用数量，使剪切连接件分段均匀布置，便于设计和施工。
剪切连接件
柔性连接件：
栓钉连接件 弯筋连接件
刚性连接件：
剪切连接件

柔性连接件比刚性连接件的刚度小，而变形能力大。柔性连接件一
般用于房屋建筑中。

刚性连接件通常用于不考虑剪力重分布的结构。 除刚度有区别外，两种连接件的破坏形态也不一样。 刚性连接件容易在周围的混凝土内引起较高的应力集中，导致混凝
剪切连接方式

钢-混凝土组合板：钢板的凹凸肋、复杂的槽纹与花纹、
加焊横向钢筋

钢管混凝土：自然粘接 钢与混凝土组合梁：完全依靠剪切连接件
剪切连接件
作用


全部或部分承受界面上的纵向剪力 全部或部分阻止界面处混凝土板与钢梁的纵向滑移 抵御使混凝土板与钢梁上下分离的“掀起力”

分类

按承受纵向剪力能力分为：完全剪切连接、部分剪
第二章-钢与混凝土的 连接与组合
基本要求
了解组合效应与剪切连接的意义
了解连接的类型与方式
掌握连接件的计算，重点掌握栓钉连接件的计算
熟悉剪切连接的构造要求wenku.baidu.com
组合效应
组合结构的组合效应能充分发挥作用的关键：钢与混凝 土必须可靠连接。
组合效应
能有效传递混凝土与钢材界面上的剪力 具有抵抗混凝土与钢材在界面处的分离趋势的能力， 俗称“掀起力”
剪切连接件破坏形式
连接件附近混凝土破坏
槽钢连接件的破坏形态以混凝土板劈裂最为常见，混凝土板中在连接件
受力方向形成宏观纵向裂缝，在垂直方向形成宏观横向裂缝。连接件的 承载力取决于混凝土的强度等级。
剪切连接件设计
栓钉连接件(圆柱头焊钉连接件)

制造工艺简单，不需要大型轧制设备，适合工业化生产； 焊接速度快，受作业环境的限制较少，便于现场焊接和质
c Nv 0.43 As fc Ec 0.7 As f
As —栓钉杆的截面面积；f c —混凝土轴心抗压强度设计值； Ec —混凝土的弹性模量；f —栓钉材料的抗拉强度设计值；
—栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比，及强屈比。
试验表明，当混凝土立方体抗压强度小于35MPa时，栓钉 承载力与栓钉面积、混凝土轴心抗压强度和弹模有关；当 混凝土强度大于35MPa时，栓钉最大受剪承载力取决于栓
钉的剪切能力。
剪切连接件的计算
用于连接压型钢板混凝土组合板的带头栓钉 组合梁翼缘采用压型钢板组合板时，栓钉受力比采 用混凝土板复杂，剪切承载力有所下降。 当压型钢板的板肋与支撑梁平行时
当bw he 1.5时 N v N
c tv
c v
be hd he v =0.6 1 he he
剪切连接件能完全抵抗在界面上产生的纵向剪力不致发生连接件破坏； 剪切连接件应具有足够的刚度，不致因剪切连接件本身的弯曲和剪切变 形在界面上产生滑移。
组合机理
组合梁中的“掀起力”
( EI ) AB ( EI )CD l L
fCD f AB
上下梁有分离的趋势
剪切连接件必须能承受受荷后产生分离趋势的“掀起力”
5 ql 4 5 f 384 EI 384
max :
3 ql 3 ql 8 bh 8 bh
Why？
惯性矩↑刚度↑
I:
1 3 2 bh bh3 6 3
5 ql 4 5 ql 4 f: 3 64 Ebh 384 Ebh3
组合机理
非组合梁变形不协调
界面上设置足够强度和刚 度的剪切连接件，使得上 下梁的变形协调
连接件的混凝土保护层不小于20mm。带头栓钉连接件栓钉头的下 面或抗拔环筋的内面与板中下部筋的上表面至少应有30mm的净距。
剪切连接件的构造要求
有板托的组合梁，连接件应满足：
①侧面保护层不小于40mm; ②混凝土板托的外边缘应当在自连接件根部所引的与翼缘45° 的斜线以外。
剪切连接件的构造要求
剪切连接件破坏形式
连接件受剪受拉破坏
一般在混凝土强度等级比较高的情况下发生。这时连接件的承载力与混
凝土无关，取决于连接件的类型及材质，这种破坏还包括焊缝破坏。
剪切连接件破坏形式
连接件附近混凝土破坏
压应力底部最大，沿高度逐渐减小，接近顶部反向。破坏特征：连接件
前方根部混凝土局部受压破坏或劈裂。
切连接

按抵抗纵向滑移的能力分为：柔性连接、刚性连接
剪切连接件

完全剪切连接：在达到承载能力极限状态时所产生的纵向剪
力，完全由所配剪切连接件承担。

部分剪切连接：剪切连接件所承担的总剪力小于达到承载能
力极限状态时产生的纵向剪力。

部分剪切连接适用于当梁的失效不由梁的强度所控制的情况
，如变形过大或钢梁失稳。
t f —槽钢翼缘的厚度 tw —槽钢腹板的厚度 lc —槽钢的长度
剪切连接件的计算
弯筋连接件
Ast —斜筋的截面面积 f st —斜筋的抗拉强度设计值
在连续组合梁的负弯矩区段，由于混凝土板受拉，连接件的剪切承载 力有所下降，应乘以折减系数0.9(中间支座两侧)和0.8(悬臂梁的负弯矩区段)
剪切连接件的构造要求
量控制；

各向同性，受力性能好，沿任意方向的强度和刚度相同，
对混凝土板中钢筋布置的影响较小。

因此，栓钉连接件已成为目前应用最广泛的剪切连接件。
剪切连接件的计算
栓钉连接件
考虑栓钉受到周围混凝土的约束，其剪切强 度有所提高，故取栓钉剪切强度为抗拉强度 的70％（原一般为58％）。
（《钢结构设计规范》GB50017-2003）
1
当压型钢板的板肋垂直于支撑梁
N v N
c tv c v
0.85 be hd he v = h n0 e he
n0：组合梁截面一个板肋中的栓钉数量，多于3个时，按3个计算
剪切连接件的计算
槽钢连接件
c NV 0.26(t f 0.5tw )lc Ec fc