组合板设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,山东科技大学钢结构工程研究所 王 来,钢-混凝土组合结构,第二章 压型钢板-混凝土组合板,一、组合构件工作的基本原理,非组合构件。以组合梁为例，,若二者交界面处没有连接措施，则在竖向荷载作用下，混凝土板截面和钢梁截面的弯曲变形相互独，各自有中和轴。若忽略摩擦力，交界面上仅有竖向压力，二者之间必定发生相对水平滑移错动。所以，其受弯承载力,M,=,M,1,+,M,2,2.1 基本原理,组合构件。,如果在钢梁上翼缘设置足够的抗剪连接件并伸入混凝土板形成整体，阻止板和钢梁之间的相对滑移，使二者的弯曲变形协调，共同承担荷载的作用，则称为组合梁。在荷载作用下，组合梁截面仅有一个中和轴，混凝土板主要承受压力，钢梁主要承受拉力。与非组合梁相比，组合梁的中和轴高度和内力臂增大，其受弯承载力显著提高。组合梁的截面高度大，因而刚度也大。,掀起作用,。一般在板梁交界面上的竖向分布力为压力。当荷载作用于钢梁上时，交界面上竖向分布力为拉力，将引起板、梁的分离。组合梁中这种上下层分离的趋势称为掀起作用。由于掀起力远小于交界面上的剪切力，而且抗剪连接件的形状具有一定的抗掀起作用，在设计中一般不进行抗掀起计算。,在压型钢板-混凝土楼板中，钢板和混凝土的组合作用不是通过抗剪连接件，而是依靠压型钢板的纵向波槽，钢板上的压痕、开的小洞、冲成的孔眼或在钢板上焊接的横向钢筋等措施实现的。,二.完全抗剪连接和部分抗剪连接,根据抗剪连接件的布置、数量和受剪承载力，可把组合构件分为完全抗剪连接和部分抗剪连接两类。,完全抗剪连接,是指即使在组合构件（梁）产生弯曲破坏的最不利截面处再增加连接件的数量，构件的受弯承载力也不再增加时的抗剪连接设计。,抗剪连接件的数量少于完全抗剪连接所需要的数量时，称为,部分抗剪连接。,在实际工程中，在满足设计要求的情况下，采用部分抗剪连接可以取得较好的经济效益。,三.钢-混凝土组合梁板结构的计算方法,钢-混凝土组合楼盖的计算方法有弹性理论方法以及考虑截面塑性变形发展的塑性理论方法。,弹性理论方法就是工程力学方法，适用于组合梁、组合板构件的施工阶段计算，组合板承载力计算，直接承受动力荷载的组合梁承载力计算及变形计算。计算时，采用换算截面，即根据应变协调和总内力不变的原则，,把混凝土面积,A,c,除以,E,换算成等效的钢材截面面积（,E,为钢材与混凝土的弹性模量之比）。当考虑荷载长期作用（混凝土徐变、收缩等）的影响（例如变形控制验算）时，混凝土面积,A,c,应除以,2,E,换算成等效钢材截面积。,塑性理论方法适用于计算承受静力荷载或间接动力荷载组合梁的承载力，计算时，考虑结构的内力重分布和构件的应力重分布。吊车梁以承受动力荷载为主，静力荷载（自重）仅占一小部分，所以它是直接承受动力荷载的构件。,2.2 压型钢板-混凝土组合板,一.压型钢板-混凝土组合板的优点,非组合板。,若仅考虑把压型钢板作为浇注混凝土时的永久性模板使用，则压型钢板只需要满足施工阶段的承载力和变形要求。施工完成后，全部使用荷载由混凝土板承受。其设计方法与钢筋混凝土板相同，对压型钢板的截面构造也无特殊要求。,组合板。,若压型钢板除在施工阶段作为模板使用外，在使用阶段还作为混凝土板的受力钢筋或部分受力钢筋，与混凝土共同工作承担使用荷载。此时，为保证混凝土与压型钢板的共同工作，在压型钢板表面需设置抗剪齿槽或者采取开孔洞、焊接短钢筋、横向钢筋等措施，以抵抗交界面的纵向剪力和竖向揿起力。此外，还要考虑对板的防火性能和耐久性能的要求。常见的压型钢板和混凝土的组合形式见图,压型钢板,-,混凝土组合板具有下列优点：,压型钢板可作为浇灌混凝土的模板，节省了大量木模板及支撑；,压型钢板非常轻便，堆放、运输及安装都非常方便；,使用阶段，压型钢板可代替受拉钢筋，减少钢筋的制作与安装工作。,刚度较大，省去许多受拉区混凝土，节省混凝土用量，减轻结构自重；,有利于各种管线的布置、装修方便；,与木模板相比，施工时减小了火灾发生的可能性；,压型钢板也可以起到支撑钢梁侧向稳定的作用。,组合板的总厚度不应小于,90mm,，压型钢板翼缘以上混凝土的厚度不应小于,50mm,。混凝土强度等级不宜低于,C20,，骨料尺寸不应大于,0.4,h,c,、压型钢板肋平均宽度的,1/3,和,30mm,三者中的较小值。,组合板中应设置分布钢筋网，以承受收缩和温度应力，提高火灾时的安全性，并起到分布集中荷载的作用。分布钢筋两个方向的配筋率均不宜少于,0.002,。,在有较大集中荷载区段和开洞周围应配置附加钢筋。当防火等级较高时，可配置附加纵向受拉钢筋。,简支板的支座上部应配置构造负弯矩钢筋，以控制裂缝宽度。负弯矩钢筋的配筋率不小于,0.002,，其截断点距支承边的长度不小于,l/4,（,l,为板的跨度,），且每米不少于,5,根。,悬臂板和连续板的支座负弯矩区段应配置纵向受拉钢筋，其计算与一般钢筋混凝土板相同，但要考虑截面中由于压型钢板有波槽在受压区所形成的缺口。受压区钢板的受压屈曲，计算时忽略不计。,二.压型钢板-混凝土组合板的构造要求,组合板在钢梁上的支承长度不应小于,75mm,，其中，压型钢板的支承长度不小于,50mm,，（图,(a),(c),）。支承于混凝土构件上时，组合板的支承长度不应小于,100mm,，压型钢板的支承长度不应小于,75mm,（图,(b),(d),）。连续板或搭接板在钢梁上的最小支承长度为,75mm,，支承于混凝土构件上时则为,100mm,（图,(e),(f),）。,压型钢板与钢梁的连接采用,圆头栓钉,，栓钉穿透压型钢板焊接于钢梁上，或将钢板端部肋压平后焊接于钢梁上（图）。栓钉直径一般为：板跨度,l0.55,h,0,时，取,0.55,h,0,，,h,0,为组合板有效高度；,系数,0.8,相当于将压型钢板钢材的抗拉强度设计值乘以折减系数,0.8,，考虑到起,受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及中和轴附近材料强度发挥不充分,等因素。,（5）抗冲剪承载力验算,组合板在集中荷载下的冲切力,F,l,，应满足,F,l,0.7f,t,u,m,h,c,F,l,局部集中荷载设计值；,f,t,混凝土轴心抗拉强度设计值；,h,c,组合板混凝土层的厚度；,u,m,临界截面的周长，即距离集中荷载作用面积周边处板垂直截面的周长，按下式计算：,（6）斜截面抗剪承载力验算,组合板斜截面最大剪力设计值,V,c,应当满足:,(7)组合板的变形计算,施工阶段变形计算,因为组合板施工阶段将压型钢板作为模板，并且是操作平台，因此其施工阶段的变形验算显得更为重要。,荷载：,仍按施工阶段承载能力验算，包括压型钢板及湿混凝土自重以及施工活荷载（包括机具、人员、材料等）；,考虑施工时压型钢板弯曲变形、混凝土自重乘以1.1；活荷载不小于,1.5,kN,/m,2,但是变形计算均取标准值。,施工阶段是验算压型钢板的变形，不允许塑性变形。故按弹性计算：,E,ss,压型钢板的弹性模量；,I,s,为计算宽度上压型钢板的惯性矩；,q,1k,施工阶段单位计算宽度压型钢板上的荷载标准值；,a,挠度系数，根据弹性分析，简支板的挠度系数为,5/384，,两跨连续板的挠,度系数为,1/185,。,要求施工阶段组合板的挠度不应超过,l/,200 及20mm，,l,为板的跨度。当,此要求不满足，应采取加临时支撑等减小压型钢板变形的措施。,使用阶段的变形计算,使用阶段混凝土已达到设计强度，能保证与压型钢板共同工作，按组合板考虑；应分别按荷载效应的标准组合和准永久组合进行计算，并取其中较大值作为变形验算的依据。,一般采用换算截面法，,将压型钢板按钢材与混凝土弹性模量之比 折算成混凝土，计算组合板的换算惯性矩；,使用阶段一般允许出现裂缝，因此组合板的等效惯性矩可近似取未开裂截面与开裂截面惯性矩的平均值；即,荷载效应标准组合时，组合板的变形按下式计算：,q,2k,荷载效应标准组合时，计算宽度组合板的荷载标准值。,荷载效应准永久组合下组合板的变形计算，考虑到混凝土的塑性变形与徐变影响，将刚度折半，故,荷载效应的准永久组合下，计算宽度上组合板的荷载代表值。,0.5,即为刚度折减,50%,计算得到的挠度均应满足,为组合板净跨,