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1、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,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。 （
2、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,型钢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.,（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
3、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.,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
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。 （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
5、区混凝土压碎，试件破坏。 （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。 （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
6、： 一般当构件的长细比l/h5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。,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
7、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。,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。,
8、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。,（2）剪切粘结破坏 剪切粘结破坏发生在1.5 2.5的实腹式型钢柱，在较大轴向压力作用下，柱中产生横向拉伸变形。在弯矩
9、作用下，柱端首先出现弯曲的水平裂缝，随着剪力的增加在型钢翼缘处还产生沿柱全长连续分布的短小斜向裂缝，斜裂缝是由于型钢翼缘和混凝土之间的粘结破坏引起的，破换前，沿着型钢翼缘出现竖向裂缝。在反复荷载作用下将出现两个方向的斜裂缝，沿着柱两侧型钢翼缘出现粘结裂缝。粘结裂缝很快贯通，最后，竖向粘结裂缝处混凝土保护层剥落，剪切承载力下降，导致发生剪切粘结破坏。,（3）弯剪破坏 当剪跨比 2.5时，发生弯剪破坏，首先在柱端出现水平弯曲裂缝，反复荷 载作用下，水平裂缝贯通，与斜裂缝想交叉。当柱截面抗剪承载力高于抗弯承载力时，则拉区钢材先屈服，而后剪切破坏。反之，则拉区钢材未屈服而发生剪切破坏。,型钢混凝土的性
10、能水平和抗震设防目标,性能水平 概念：结构的抗震性能水平是指建筑物在某一特定设防地震水准下预期达到的最大破坏程度， 或容许的损坏极限状态 。 性能水平及宏观描述,抗震性能目标 概念：结构的性能目标是指一定超越概率的地震发生时，结构期望达到的某种功能水平。我国 现行抗震规范采用小震不坏、中震可修、大震不倒的三水准设防目标，但在表 1 提出的 SRC 结构性能水平背景下，已有的三水准抗震设防目标需要更加细化。按照小中大三个地震作用 水平和“四档”性能水平。,SRC 结构抗震性能目标其中： 为基本目标，指一般使用要求的建筑应具备的最基本性能目标；为重要目标，指重要性很高 或地震后危险性较大的性能目标
11、；为非常重要目标，指对安全有十分危险影响的性能目标),型钢混凝土柱地震破坏,型钢混凝土柱的抗火性能,在火灾作用下,型钢混凝土柱外表面与内部温度相差很大,越接近柱表面,温度梯度越大。随着受火面数的增加,柱子的温度升高。受火面的温度最高,背火面的温度最低。截面周长和高宽比是影响型钢混凝土柱内部温度场分布的最主要因素。截面周长越大,构件温度越低。截面高宽比越大,构件温度越高。受火时间越长,型钢混凝土柱的承载能力越弱,破坏时的压应力值越小。常温下型钢混凝土柱破坏时中间鼓屈,而火灾下型钢混凝土柱破坏时两端鼓屈。对于型钢,翼缘的应力值较腹板要小。截面周长,截面高宽比,含钢率和火灾持续时间对型钢混凝土柱的抗
12、火极限承载力影响最大。截面尺寸越大,火灾下型钢混凝土柱的承载力影响系数越大；截面高宽比越大,柱的承载力影响系数越小；含钢率越高,柱的承载力影响系数越大；火灾持续时间越长,柱的承载力影响系数越小。,型钢混凝土结构的现状及展望,型钢混凝土结构在中国的发展现状 （1）型钢混凝土结构在我国的发展还比较缓慢,应用才刚刚开始。目前, 我国的建筑绝大部分还是采用钢筋混凝土结构, 型钢混凝土结构的建筑面积还不到建筑总面积的千分之一。 （2）我国有关型钢混凝土结构的计算理论还不够完善。长期以来,我国基本上是沿用日本的计算理论, 并参考日本标准于1997年颁发了钢骨混凝土结构设计规程 。近年来, 由西安建筑科技大
13、学赵鸿铁教授领导的型钢混凝土研究小组经过多年研究, 提出了基于试验基础并通过统计回归的型钢混凝土结构计算理论。,型钢混凝土结构在中国的发展展望 （1）经过二十多年的研究, 我国的型钢混凝土结构已经初步形成了自己的一套理论, 并相应颁发了一些设计规程。但是, 到目前为止还没有一套完整的关于型钢混凝土结构设计与施工的国家规范。 （2）另一方面, 适应我国经济发展形势的需要, 应加 快型钢高强混凝土结构的研究与应用。随着我国经济水平的发展及城市人口的增长, 高层与超高层建筑在我国的发展越来越快。对于这样的高层与超高层建筑, 若采用传统的钢筋混凝土结构与型钢混凝土结构, 必然会加大构件断面, 增加结构自重, 从而减少房间的有效使用面积并不利于结构抗震。若采用型钢高强混凝土结构, 就能使这些不利因素得以改善,谢谢！,
