钢骨混凝土

型钢混凝土构件粘结性能
混凝土结构和构件在受力后,由于粘结内裂缝以及混凝土劈裂裂缝的存在,在 型钢混凝土的连接面区域内,应力应变状态非常复杂。为便于分析,一般都将型钢 周围的这一具有特殊力学性质的混凝土层(滑移层)的变形归为型钢混凝土连接面 上的相对滑移,并根据粘结应力τ和粘结滑移S的对应关系,建立型钢混凝土的粘结 滑移本构关系,一般简称为粘结滑移的τ—S关系,粘结应力是指型钢表面剪应力, 滑移为型钢与连接面上对应位置混凝土的相对错位。
型钢混凝土柱的抗震性能
影响型钢混凝土柱抗震性能的主要因素：
2轴压比的影响 轴压比是影响压弯构件延性的最主要因素,轴压比越大,滞回环面积越小,耗能能 力越差,型钢混凝土柱的延性越差。因此,对型钢混凝土柱应限制轴压比。
已有的试验结果表明,在水平荷载下,柱的变形能力随轴压比的增大而减小,在高 轴压比的情况下,延性和耗能能力降低明显。因此,为保证型钢高强混凝土柱具有 较好的延性和耗能性能,需对其轴压比大小进行限制。但是究竟应该将轴压比限 制在何种水平,这需要进行理论和试验研究后才能确定。
型钢混凝土柱的抗震性能
影响型钢混凝土柱抗震性能的主要因素：
4含钢率和型钢截面形式。
型钢的含钢量是指内埋型钢面积与构件全截面面积之比。已有的试验结果表明, 用钢量越大的型钢混凝土柱,其抗震性能越好。但是,型钢混凝土柱的含钢量也要 有一定的限制,因为含钢量若过小,型钢对核心混凝土的约束作用不大,体现不出 型钢混凝土延性好的特点。同时受力性能接近普通混凝土柱,体现不出型钢混凝 土构件承载能力高的特点。但是,含钢量也不能太大,含钢量过大时,不但会造成 混凝土浇注困难,而且由于型钢截面尺寸过大造成混凝土保护层过小,影响型钢与 混凝土之间的粘结作用,使型钢与混凝土难以共同工作,易产生粘结失效破坏。因 此,各国对型钢混凝土构件中的用钢量均有所规定。 实腹式型钢混凝土柱的抗震性能优于空腹式型钢混凝土柱,因十字形型钢对混凝 土的约束能力好于工字形型钢,故抗震性能优于后者。
型钢混凝土构件粘结性能
型钢混凝土粘结滑移的基本概念
平均粘结强度 在型钢混凝土粘结滑移推出试验研究中,一般取外加荷载在型钢混凝土连接面总 表面积上的平均值为粘结应力,对应的取外加荷载达到极限荷载时的粘结应力为 型钢混凝土的粘结强度,由于试验研究结果表明型钢混凝土的实际粘结应力沿型 钢埋置长度方向是变化的,因此,此粘结强度实际为沿型钢埋置长度上型钢混凝土 的平均粘结强度,在工程中,一般以此强度作为型钢混凝土粘结强度。
型钢混凝土结构构件 按型钢配置可分为实腹式和空腹式两大类。 其中实腹式型钢有轧制或焊接工字钢、槽钢及H型钢等。
实腹式配钢型钢混凝土柱
型钢混凝土结构构件 按型钢配置可分为实腹式和空腹式两大类。 空腹式主要在构件中配置空腹式型钢，由角钢构成的空间桁架式骨架。
空腹式配钢型钢混凝土柱
型钢混凝土结构构件
型钢混凝土构件粘结性能
粘结强度试验：
国内外关于型钢混凝土粘结强度的研究试验主要有两种类型:推出试验(Push-out test)和短柱试验(Short-column test)。短柱试验虽然更接近于型钢混凝土柱的真 实受力情况,但是推出试验能够更好地模拟粘结滑移的受力状态,而且能够较好地 确定型钢混凝土粘结滑移刚度和粘结强度,是型钢混凝土粘结滑移试验研究中较 常用的试验方法。
型钢混凝土构件粘结性能
粘结滑移的问题
根据国外学者的试验研究，型钢与混凝土之间的粘结性能远远低于钢筋混凝土 结构中混凝土与钢筋的粘结强度。日本学者根据试验测得的粘结强度，认为只 有光圆钢筋与混凝土粘结强度的45%。西安建筑科技大学于上世纪90年代除所 做的拉拔试验，结论是型钢与混凝土的粘结强度，仅为光圆钢筋与混凝土的 60%。
与钢结构相比
钢骨混凝土结构的缺点： 1.结构自重较大，施工复杂程度较高。 2.工期较长。
型钢混凝土柱的抗震性能
影响型钢混凝土柱抗震性能的主要因素：
1剪跨比的影响 剪跨比对柱抗震性能的影响主要表现在两个方面：一方面剪跨比对柱的破坏形 态具有显著影响,随着剪跨比由小变大,型钢混凝土柱会发生剪切斜压破坏、剪切 粘结破坏和弯曲型破坏,破坏时,延性随着剪跨比的增大而提高。另一方面,剪跨 比也影响柱的抗剪承载力,一般抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,但是当剪跨 比大于一定的值时,剪跨比对承载力的影响将不明显。
各国型钢混凝土结构设计规范的基本情况
美国SRC结构设计规范
美国在很早以前,就在钢筋混凝土技术中使用了SRC结构。1979年由SSLC提出 了基于纯型钢的允许应力设计法。在1989年的美国钢筋混凝土设计规范ACI中, 将型钢视为等值的钢筋,然后再以钢筋混凝土结构的设计方法进行SRC构件设计, 这种方法的优点在于对SRC结构设计时考虑了构件的“变形协调”和“内力平 衡”,但没有考虑型钢材料本身的残余应力和初始位移。 在1993年的钢结构设计规范AISC-LRFD中,采用极限强度设计法来设计SRC结 构,将钢筋混凝土部分转换为等值型钢,再以纯钢结构的设计方法进行组合结构 设计,并考虑了残余应力和初始位移。此方法最突出的优点是很容易得到构件的 弯矩与轴力,但由于它是以考虑初始位移和残余应力的纯钢结构为设计基础,是 否符合组合构件的实际受力行为仍有待于进一步探讨。
型钢混凝土梁 受力性能及特点
型钢混凝土梁在反复弯曲作用下的滞回曲线 a实腹式钢骨 b缀板式钢骨
各国型钢混凝土结构设计规范的基本情况
日本SRC结构设计规范
SRC结构在日本的应用与研究比较广泛。日本大约在1910年开始从美国引进 SRC结构, 在1995年兵库县地震中,很多木结构建筑物和钢筋混凝土房屋发生了 严重破坏,空腹式型钢混凝土结构破坏实例也较多,而实腹式型钢混凝土结构破 坏较轻,证实了实腹式型钢混凝土结构具有较好的抗震性能。目前日本在抗震结 构中更多地是采用实腹式型钢混凝土结构。日本AIJ-SRC规范在忽略混凝土抗 拉强度、遵从平截面假定及不考虑型钢与混凝土之间的粘结力等条件下,以“强 度叠加法”作为理论基础。即认为型钢与混凝土之间的粘结力很小，可以忽略， 并把型钢混凝土构件的承载能力视作混凝土部分和型钢部分承载能力的叠加。 由于没有考虑型钢与混凝土之间的相互约束作用,设计结果偏于保守。
型钢混凝土梁 受力性能及特点
混凝土保护层较小时粘结 劈裂裂缝严重，最后因保 护层剥落而破坏。
试件加载图
首先在纯弯段出现裂缝，裂缝开展到型钢下翼缘附近，不再发展，荷载加 大到一定程度后，型钢受拉翼缘屈服，裂缝迅速发展，部分可发展到型钢 翼缘附近。加载到极限荷载80%左右，受压翼缘高度处出现水平粘结裂缝。 荷载进一步增加水平裂缝贯通，保护层剥落，受压区混凝土压碎而破坏。
型钢混凝土构件粘结性能
型钢混凝土粘结滑移的基本概念
型钢与混凝土的粘结力主要由两部分组成。即混凝土的化学胶结力和混凝土与 型钢表面的摩阻力。也有考虑机械咬合力，视型钢表面情况而定。
这3部分在整个型钢混凝土粘结作用中分别占多少比重，是如何工作的，分别 受到什么因素的影响，如何加强型钢与混凝土的自然粘结强度，粘结的破坏机 理、破坏过程是如何？都需要进一步的试验研究和分析论证。
型钢混凝土构件粘结性能
型钢混凝土粘结滑移的基本概念
型钢混凝土结构中,钢材和混凝土两种材料共同工作的前提是型钢混凝土粘结作 用,伴随型钢混凝土粘结作用,会产生沿连接面上的型钢与混凝土之间的相对滑移。 型钢混凝土粘结滑移性能是型钢混凝土结构理论研究的关键问题,直接涉及到型 钢混凝土构件变形和承载能力计算理论、型钢混凝土节点中剪力传递计算、有 限元分析中型钢混凝土粘结滑移的数值模拟及型钢混凝土结构锚固可靠度设计 等主要问题。
常见的型钢混凝土构件包括：型钢混凝土柱、型钢混凝土梁、型钢混凝土剪力 墙。
与钢筋混凝土结构相比
型钢混凝土优点：
1.变形能力强，抗震性能好；由于型钢的存在，构件延性得到很大改善。 2.在截面尺寸相同的情况下，可以合理的配置较多的钢材，提高梁柱截面的 含钢率，满足规范对柱轴压比的要求；由于徐变引起的变形较小。 3.施工时，型钢具有较大的承载力，部分起到脚手架作用，与压型钢板组合 楼盖结合，可以大大减少模板工作量。 4.当结构基础为钢筋混凝土、上部为钢结构时，采用钢骨混凝土作为过渡层 可以使结构的内力传递更为合理。
型钢混凝土柱的抗震性能
影响型钢混凝土柱抗震性能的主要因素：
3配箍率和箍筋形式的影响
钢筋混凝土柱在相同轴压比的情况下,位移延性系数随配箍率的提高而增大。根 据已有的试验,型钢混凝土柱的位移延性系数也随配箍率的提高而增大,因此配箍 率对型钢混凝土柱的抗震性能具有一定的影响。但是对型钢高强混凝土柱而言, 由于混凝土的在轴向压力下的横向变形小,提高配箍率能否有效的改善构件的延 性,还需要进一步的试验研究。 螺旋箍筋和复合箍筋能对核心混凝土提供更强的约束,因此采用螺旋箍筋和复合 箍筋的构件的延性系数更高,抗震性能更好。但是螺旋箍筋和复合箍筋都存在施 工复杂的缺点,究竟该采用何种箍筋形式既有利于提高构件的延性又有利于施工 方便,这需要进一步的研究。
型钢混凝土
小组成员： 李康权 秦珂 杨正挺 夏立鹏
型钢混凝土结构概念：
型钢混凝土结构 1在英美等国被称为“混凝土包钢结构”（concrete-encased steel-work）； 2前苏联称之为“劲性钢筋混凝土结构”； 3在日本则被称为“钢骨钢筋混凝土结构”（steel reinforced concrete，简写 为SRC）。 它是把型钢埋入混凝土中，并配有适量的纵向钢筋和箍筋的一种结构形式， 构件的承载能力主要依靠型钢部分。
各国型钢混凝土结构设计规范的基本情况
前苏联SRC结构设计规范
前苏联SRC结构应用比日本、美国等国家晚,电子建设部于1951年颁布了SRC 结构的设计规范,其设计方法采用极限强度法;1978年又出版了SRC结构设计指 南CИ3-78,其内容主要是以实腹式型钢为主,并强调了箍筋和纵筋的作用,认为型 钢与混凝土之间具有可靠的粘结力, 即将型钢视为分散于混凝土之中的钢筋， 并认为型钢与混凝土完全共同工作，这过分夸大了型钢与混凝土的粘结作用因 此计算结果偏于不安全。
与钢筋混凝土结构相比
钢骨混凝土缺点： 1.由于构件同时存在钢骨和钢筋，浇筑混凝土比较困难。 2.钢材用量较大，建设费用较高。（80～180kg/m2） 3.由于型钢表面光滑，型钢与混凝土之间的粘结性能较差。
与钢结构相比
型钢混凝土结构的优点： 1.混凝土兼有受力和保护层的双重作用，防火防锈蚀性能好，经济性较好。 2.结构刚度大，外力作用下，结构变形较小。 3.混凝土对于提高钢骨的整体稳定性、钢板的局部稳定性有利，构件的延性仍 较好。
型钢混凝土柱的抗震性能
影响型钢混凝土柱抗震性能的主要因素：
5混凝土强度的影响 混凝土强度对柱的抗震性能有显著影响,随着混凝土强度等级的增加, 应力-应变 曲线的下降段陡,脆性性质明显。 因此,随着混凝土强度的提高,型钢混凝土柱的延性越来越小,抗震性能越来越 差。
型钢混凝土梁 受力性能及特点
荷载变形曲线
型钢混凝土梁弯矩应力分布
型钢混凝土梁
受力性能及特点
型钢与混凝土的粘结强度与钢 筋混凝土相比低很多，在反复 荷载作用下，型钢与混凝土粘 结破坏明显，受拉区混凝土的 裂缝少而宽；
荷载变形曲线
修正平截面假定示意图
由于型钢混凝土梁在加载后期发 生了较大的粘结滑移，显然截面 应变已经不符合平截面假定，在 型钢上下翼缘处发生了应变突变。 可采用修正的平截面代替实际多 折线的截面应变分布来简化计算。
型钢混凝土构件粘结性能
型钢混凝土粘结滑移的基本概念
局部最大粘结强度 一般取局部的最大粘结应力值为局部最大粘结强度,这主要是作为粘结裂缝开展 的控制条件,可用于计算粘结破坏的开裂荷载。
型钢混凝土构件粘结性能
型钢混凝土粘结滑移的基本概念
残余粘结强度 型钢混凝土结构中的粘结强度在型钢与混凝土之间的化学胶结力完全丧失后, 只有摩擦阻力和机械咬合力作贡献,粘结强度保持一定的残余值,并不随粘结滑移 的发展而降低,习惯上称此粘结强度为残余粘结强度。