型钢混凝土柱

型钢混凝土结构
指导老师 王文达
学生
刘斌强
主要内容
概述 型钢混凝土构件的一般构造要求 型钢混凝土柱截面承载力分析 型钢混凝土的性能水平和抗震设防目标 型钢混凝土柱的抗火性能 型钢混凝土结构的发展趋势 结语
型钢混凝土结构
概念： 型钢混凝土结构是指在型钢外围配置钢筋浇
筑混凝土的结构, 是组合结构的一种形式。 型钢混凝土柱图示
（2）轴心荷载作用受力分析：
在加荷初期：型钢和混凝土能较好共同工作，型钢， 混凝土，钢筋变形是协调的。 随着荷载的增加：纵向裂缝逐渐贯通，把柱分成若干 小柱，而发生劈裂破坏，在配钢量合适的情况下，型 钢和纵筋均能达到屈服。
（3）四种破坏形式
（1）弯曲破坏：
长细比较大的型钢混凝土柱易发生弯曲破坏，加载初 期，在型钢混凝土柱的中部出现挠曲变形；随着变形 的增加，在受拉一侧的混凝土出现横向裂缝，混凝土 逐步退出工作；其后在受压区混凝土压碎，试件破坏。
（2）含钢率
在型钢混凝土柱中，型钢的含钢率不应小于4%， 也不宜大于10%。实践表明当含钢率在5%-8% 时较为合理，且柱的含钢率一般不应大于梁的 含钢率。
钢筋混混凝土部分 (1)在型钢混凝土中，纵向钢筋不宜小于16mm,纵筋与型
钢的净间距不易小于30mm,其纵向受力钢筋的最小锚 固长度和搭接长度应符合《混凝土设计规范》 （GB50010-2002)的要求。 (2)型钢混凝土构件中的箍筋，宜采用封闭箍筋，其末端 应有135°弯钩，弯钩端头的平直线长度不应小于10 倍的箍筋直径。 保护层厚度 (1)型钢保护层对梁不宜小于100mm,且梁内的型钢翼缘离 两侧距离之和（ b1+b2 )且不宜小于截面宽度的1/3;对 柱不宜小于120mm,(见图6-2），最小保护层厚度不应 小于50mm.
（2）压溃破坏：
一般发生在型钢混凝土短柱中部。在加载过程中，在 型钢混凝土轴压柱中部的受压区，首先出现纵向和斜 向裂缝；随着裂缝的增加，裂缝沿柱纵向延伸，并形 成一条主裂缝，最后外围混凝土大片剥落，最后破坏。
（3）劈裂破坏
多发生在没有设置箍筋的型钢混凝土柱中，加载后， 在型钢混凝土轴压柱端，很快形成多条纵向裂缝，并 迅速形成一条主裂缝，混凝土压碎剥落，试件破坏。
大偏心受压破坏
加载到一定程度，柱受拉层混凝土开裂，出现基本与 轴线垂直的裂缝，受拉区横向裂缝出现较早，出现后 横线裂缝不断延伸发展，但因型钢弯矩刚度较大，混 凝土的开裂对截面刚度 影响不大，随着荷载的增加， 受拉钢筋和型钢受拉翼缘相继屈服，受拉钢筋和型钢 受拉翼缘应力达到屈服强度后，大偏心受压构件变形 明显加快，此时受压边缘混凝土尚未达到极限压变， 荷载还可以继续增大，直到，受拉区的一部分型钢腹 板也屈服，大偏心受压构件才开始破坏，一直加荷到 受压混凝土达到极限压应变，逐渐压碎剥落，柱破坏。
图6-2混凝土保护层厚度图示
抗剪连接件
当型钢需要设置抗剪连接件是，宜优先选用采 用栓定。型钢上设置抗剪栓钉的规格宜采用 19mm-20mm,其长度不应小于4倍的栓钉直径， 栓钉间距不应小于6倍的栓钉直径。
型钢混凝土柱截面承载力分析
轴心受压柱承载力分析 （1）轴心受压概念
当纵向力的偏心距或是同时承受轴力和弯矩M=0时，为 轴心受压。
型钢混凝土偏心受压长柱的受力性能
达到极限荷载，型钢混凝土偏心受压长柱的承载力以 受压区混凝土被压碎及型钢受压翼缘屈服为标志，而 大偏心受压构件的受拉区的应力状态，主要取决于偏 心距及构件长细比。大偏心受压构件的型钢受拉翼缘 应力已达到屈服强度，而小偏心受压构件的型钢受拉 边缘应力一般达不到屈服强度。
与纯钢结构相比，型钢混凝土结构的特点：
（1）混凝土兼有构件受力和保护层的功能，经 济性较好，可节省钢材。
（2）结构刚度大，外力作用下变形小，在风荷 载和地震作用下，结构的外移易满足要求
（3）混凝土有助于提高型钢的整体稳定性，钢 板的局部屈曲，杆件弯曲失稳，及梁的侧向失 稳不易发生。如果结构构件设计合理，就能保 证合理的延性。
偏心受压柱应力图
偏心受压构件斜截面承载力分析
剪切破坏形态
（1）剪切斜压破坏
破坏往往发生在剪跨比小于1.5的偏心受压构件中，
在剪力作用下，在柱受剪平面出现许多与对角线方向 大致相同的斜裂缝。在反复荷载作用下，正反两个方 向方向均出现斜裂缝，形成交叉裂缝，交叉裂缝有导 致混凝土保护层的剥落，随着荷载的增加和反复荷载 作用，斜裂缝相继出现和发展，并使混凝土柱沿对角 线方向出现若干混凝土斜压小柱体，这些小柱体被压 溃而剥落，导致抗剪承载力下降，最后，型钢混凝土 偏心受压构件剪切斜压破坏。
（4）使用的型钢规格较小，钢板厚度较薄，比 较符合我国钢材扎制的实际情况。
（5）结构自重较大，施工复杂程度较高。
型Baidu Nhomakorabea混凝土构件的一般构造要求
型钢部分 （1）型钢构件的宽厚比
型钢混凝土的满足表6-1和图6-1的要求，在计 算极限承载力是，可不考虑型钢局部屈曲影响， 在型钢混凝土构件中，型钢板材的厚度不应小 于6mm.
概述
与钢筋混凝土结构（SRC）相比，型钢混凝土 结构的特点：
（1）变形能力强，抗震性能好。 （2）在截面尺寸相同的条件下，可以合理的配置较多的
钢材。 （3）当基础采用钢筋混凝土结构，上部为钢结构时，采
用型钢混凝土结构作为过渡层可以使结构的内力传递 更为合理。 （4）在施工中，型钢骨架有较大的承载力，可以作为脚 手架使用，并可承载模板的重量。 （5）由于在构件中同时存在型钢和钢筋，浇筑混凝土比 较困难。 （6）用钢量大，建设费用较高
（4）柱头破坏
一般发生在荷载达到80%的极限荷载左右时，型钢混凝 土轴压柱柱头首先出现纵向裂缝；最后出现混凝土压 碎剥落，试件破坏。
偏心受压柱正截面承载力分析
（1）型钢混凝土短柱的受力性能和破坏形态
短柱的概念：
一般当构件的长细比l/h<5是为短柱。
小偏心受压破坏
在破坏前，受拉区横向裂缝出现较迟，或不出现，受拉 纵向钢筋和型钢受拉翼缘应力较小，且发展缓慢，而 型钢的受压翼缘和混凝土的压应力发展较快。当达到 最大承载力时，受拉钢筋并未屈服。破坏时，在受压 侧型钢翼缘位置沿高中部附近的保护层混凝土出现粘 结裂缝，突然压碎，并随混凝土的压碎，整体向外凸 出，呈片状剥落，纵向裂缝像上下两端迅速延伸，最 后在压区混凝土不被压碎，承载力急剧下降。