鋼-混凝土組合梁同鋼筋混凝土梁相比,可以減輕結構自重,減小地震作用,減小截面尺寸,增加有效使用空間,節省支模工序和模板,縮短施工周期,增加梁的延性等。同鋼梁相比,可以減小用鋼量,增大剛度,增加穩定性和整體性,增強結構抗火性和耐久性等。
近年來,鋼-混凝土組合梁在我國城市立交橋梁及建筑結構中已得到了越來越廣泛的應用,并且正朝著大跨方向發展。鋼-混凝土組合梁在我國的應用實踐表明,它兼有鋼結構和混凝土結構的優點,具有顯著的技術經濟效益和社會效益,適合我國基本建設的國情,是未來結構體系的主要發展方向之一。
概述資料來源:
在鋼-混凝土組合梁彈性分析中,采用以下假定:
1、鋼材與混凝土均為理想的彈性體。
2、鋼筋混凝土翼緣板與鋼梁之間有可靠的連接交互作用,相對滑移很小,可以忽略不計。
3、平截面假定依然成立。
4、不考慮混凝土翼緣板中的鋼筋(該假設只在正彎矩承載力計算時成立,負彎矩承載力計算式需考慮鋼筋作用)。
鋼-混凝土組合梁彈性分析采用換算截面法。(a)表示換算前截面,(b)表示換算后截面。換算截面法的基本原理是:混凝土翼緣板按照總力不變及應變相同條件,換算成彈性模量為Es、應力為бs的與鋼等價的換算截面面積。具體計算時,為了混凝土截面重心高度換算前后保持不變,換算時混凝土翼緣板厚度不變而僅將翼緣板有效翼緣寬度be除以α E(鋼材彈性模量與混凝土彈性模量的比值。
求得等價的鋼梁截面后,可以按照材料力學的方法來計算截面的抗彎承載力。設換算后截面的慣性矩為 I換算,換算截面形心軸距離鋼梁底部為y 換算,組合梁總高為y換算作用在截面上的彎矩為M,
而組合梁撓度的計算,則按照換算截面慣性矩計算組合梁截面剛度后,再由結構力學的方法計算梁的撓度。
根據《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》(JTJ025-86),對鋼-混凝土組合梁進行了設計。如圖4所示,為該工程選用的組合梁截面圖。鋼梁選為Q345B鋼,混凝土翼緣板用 C40混凝土,剪力連接件采用[10槽鋼。組合梁總高為1650mm,跨高比約為31.5。組合梁截面換算慣性矩為8.576×1010mm^4,而純鋼梁的截面慣性矩只有5.228×10 10mm^4,組合梁截面慣性矩是純鋼梁的1.64倍,大大提高了組合梁的剛度,減小了組合梁在荷載作用下的撓度。
荷載不利組合后計算得鋼梁底部纖維的應力為129MPa,混凝土上表面壓應力為15.2MPa。因為阿克蘇市位于西北,氣候干燥,混凝土收縮、徐變比較大,且晝夜溫差較大,所以應計算由于混凝土收縮、徐變以及鋼梁和混凝土由于驟變溫差而導致的附加應力及附加撓度。經計算:由于收縮、徐變而引起的附加撓度為10.3毫米,由于溫差而引起的附加撓度為11毫米。且由于混凝土收縮、徐變引起的混凝土應力為拉應力,部分抵銷了荷載作用下引起的壓應力,是偏于安全的。至于由此引起的鋼梁應力,由于相對于荷載引起的應力很小,可以忽略不計。實際施工時,通過起拱消去由于永久荷載以及一半基本可變荷載作用而產生的撓度。
目前實際工程應用中,鋼-混凝土組合梁一般采用栓釘作為剪力連接件。該工程針對阿克蘇地區以前沒有采用過組合梁,栓釘焊接質量不易保證,故改用槽鋼剪力連接件。但是,《鋼結構設計規范》(GBJ17-88)以及《鋼-混凝土組合結構設計與施工規程》(DL/T5085-1999)規定槽鋼肢尖的方向應該沿槽鋼受剪力方向。這容易使設計人員和施工人員搞混,造成不必要的負擔。研究表明:槽鋼肢尖的方向對槽鋼剪力連接件的抗剪性能并沒有明顯的影響,所以在即將頒布的新《鋼結構設計規范》中將取消這一規定,這大大方便了設計和施工。
一、鋼筋混凝土結構的基本概念 鋼筋混凝土是由兩種力學性能完全不同的材料——鋼筋和混凝土結合成整體,共同發揮作用的一種建筑材料。 混凝土是一種典型的脆性材料,其抗壓強度很高,但抗拉強度很低(約為抗壓強度...
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第四章 鋼與混凝土組合梁 思考題: 1.組合梁是由哪幾部分組成的?鋼梁與混凝土板之間能夠共同工作的條件 是什么? 2.組合梁的設計計算理論有哪兩種?一般各在什么情況下應用? 3.組合梁按塑性理論計算時,鋼梁截面應滿足哪些要求?為什么? 4.完全剪切連接組合梁按塑性理論計算時采用了哪些基本假定? 5.連續組合梁在受力性能和設計計算方面有什么特點? 6.連續組合梁按照彈性理論計算的原則和方法是什么? 7.連續組合梁按塑性理論計算時應滿足哪些要求? 8.組合梁中的鋼梁在哪些情況下可不進行整體穩定性驗算? 9.什么是部分剪切連接?一般在什么條件下,采用部分剪切連接的設計方 法? 10.在簡支組合梁的變形計算中為什么采用折減剛度, 而不直接采用換算截 面剛度? 習題: 1.某平臺次梁采用鋼與混凝土簡支組合梁,梁的跨度為 6m,梁間距為 2m,梁 的截面尺寸見題圖 4.1。施工階段和使用階段的活荷載標
鋼-混凝土組合梁的優點:
當樓層采用鋼筋混凝土板和鋼梁時,宜按鋼-混凝土組合梁結構設計。鋼-混凝土組合梁是指通過抗剪連接件將鋼梁和混凝土板連成整體的橫向承重構件。
(1)組合梁截面中混凝土主要受壓,鋼梁受拉,充分發揮材料特性,承載力高。承載力相同時,比非組合梁節約鋼材達15%-25%.
(2)混凝土板參加梁的工作,梁的剛度增大。樓蓋結構的剛度要求相同時,采用組合梁可比非組合梁減小截面高度26%-30%.組合梁用于高層建筑,不僅降低樓層結構高度,且顯著減輕對地基的荷載。
(3)組合梁的翼緣板較寬大,提高了鋼梁的側向剛度,提高了穩定性。改善了鋼梁受壓區的受力狀態,增強抗疲勞性能。
(4)可以利用鋼梁的剛度和承載力承擔懸掛模板、混凝土板及施工荷載,無需設置支撐,加快施工速度。
(5)抗震性能好。
(6)在鋼梁上便于地焊接托架或牛腿,供支撐室內管線用,不需埋設預埋件。 鋼-混凝土組合梁的主要缺陷是鋼材易于銹蝕及防火性能不如鋼筋混凝土。
解決鋼材銹蝕問題:
①采用低合金鋼材,這種鋼材表面銹蝕后可形成保護層,阻斷銹蝕繼續向內部發展;
②采用高質量的防銹蝕油漆。
以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成,供參考,如有問題請及時溝通、指正。
當樓層采用鋼筋混凝土板和鋼梁時,宜按鋼-混凝土組合梁結構設計。鋼-混凝土組合梁是指通過抗剪連接件將鋼梁和混凝土板連成整體的橫向承重構件。
(1)組合梁截面中混凝土主要受壓,鋼梁受拉,充分發揮材料特性,承載力高。承載力相同時,比非組合梁節約鋼材達15%-25%。
(2)混凝土板參加梁的工作,梁的剛度增大。樓蓋結構的剛度要求相同時,采用組合梁可比非組合梁減小截面高度26%-30%。組合梁用于高層建筑,不僅降低樓層結構高度,且顯著減輕對地基的荷載。
(3)組合梁的翼緣板較寬大,提高了鋼梁的側向剛度,提高了穩定性。改善了鋼梁受壓區的受力狀態,增強抗疲勞性能。
(4)可以利用鋼梁的剛度和承載力承擔懸掛模板、混凝土板及施工荷載,無需設置支撐,加快施工速度。
(5)抗震性能好。
(6)在鋼梁上便于地焊接托架或牛腿,供支撐室內管線用,不需埋設預埋件。
鋼-混凝土組合梁的主要缺陷是鋼材易于銹蝕及防火性能不如鋼筋混凝土。解決鋼材銹蝕問題:①采用低合金鋼材,這種鋼材表面銹蝕后可形成保護層,阻斷銹蝕繼續向內部發展。②采用高質量的防銹蝕油漆。
當樓層采用鋼筋混凝土板和鋼梁時,宜按鋼-混凝土組合梁結構設計。鋼-混凝土組合梁是指通過抗剪連接件將鋼梁和混凝土板連成整體的橫向承重構件。
(1)組合梁截面中混凝土主要受壓,鋼梁受拉,充分發揮材料特性,承載力高。承載力相同時,比非組合梁節約鋼材達15%-25%。
(2)混凝土板參加梁的工作,梁的剛度增大。樓蓋結構的剛度要求相同時,采用組合梁可比非組合梁減小截面高度26%-30%.組合梁用于高層建筑,不僅降低樓層結構高度,且顯著減輕對地基的荷載。
(3)組合梁的翼緣板較寬大,提高了鋼梁的側向剛度,提高了穩定性。改善了鋼梁受壓區的受力狀態,增強抗疲勞性能。
(4)可以利用鋼梁的剛度和承載力承擔懸掛模板、混凝土板及施工荷載,無需設置支撐,加快施工速度。
(5)抗震性能好。
(6)在鋼梁上便于地焊接托架或牛腿,供支撐室內管線用,不需埋設預埋件。
鋼-混凝土組合梁的主要缺陷是鋼材易于銹蝕及防火性能不如鋼筋混凝土。解決鋼材銹蝕問題:
①采用低合金鋼材,這種鋼材表面銹蝕后可形成保護層,阻斷銹蝕繼續向內部發展;
②采用高質量的防銹蝕油漆。