实腹式型钢混凝土SRC梁正截面承载力计算.docx
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实腹式型钢混凝土SRC梁正截面承载力计算
实腹式型钢混凝土(SRC)梁正截面承载力计算
实腹式型钢混凝土(SRC)梁正截面承载力计算
实腹式型钢混凝土(SRC)梁正前面甬载力计算舟
一
一;
摘要
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美键词
瞅建710055)…100088i(西安建筑科技大学西安(冶金部建筑研究总院北京)』¨f.
基于乎截面假定,根捂截面中型铜所北的位置不同,建立了包台型钢和混凝土应变比口(反应型铜屈
的实腹式SRC果正栽面承栽力计算套式和相应验算条件厦中和轴的界限值.
塑兰苎圭茅墨苎生讪%
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andTechnologyXian710055)Cemtru~ionMMI脚j岵100088)
ABSTRACTBasedofttheassumptionofwh曲strainschangebvbeplane—sectionandlocationofsteelinthe
∞s4tctioft,formulasfortheultimatebeadngq惦ofbeams(砌l?
砌b'pe)aproposedAppropriate
che吐mgformulasandlimitvalu~aalso唧bystmiftmtioofsteeltoconcrete0eflecttngyieldingran~"of
thesteeI)
KEYWORDSsteelreinfoax~IoDn~11~fall?
毗typebeambeafirt~;capaulty
I实腹式SRC梁的受弯性能与分析假定
通过大量的试验和分析,对实腹式型
钢混凝土梁的受弯性能有如下认汉:
①粱的
破坏形态与钢筋混凝土粱类似,其极跟承载
能力的丧戋同样以受压区混凝土压碎为标
国家自然科学基金(593783631资助项目;陕西省科
委自然科学研究(9~CII)及陕西省建设厅科技发展计划
(1997年度)资助项目.
第一作者:
白国良男1955年4月生博士副教授
收稿日期:
1999—08—03
3结论
(1)试验结果表明,钢框架结构要产生较
大变形后才达到极限承载力,而后又要经历
较大的塑性变形,承载力才降低一些这一
现象说明,由于钢材的强度高,塑性变形能
力强,因而即使一些截面已经屈服,但它们
仍可以经历相当大的塑性变形以致于结构内
力不断得到重分布,这样就延缓了承载能力
的突然丧失可以认为,对于有侧移的钢框
架,一般不会在小变形范围内达到极限承载
力
(2)试验结果表明,钢框架结构的剪切变
形较大,因而分析中其影响不应忽略
(3)对于满焊梁~柱连接,焊缝质量及
强度是影响节点正常工作的重要因素.在本
试验中,个别节点贴角焊缝尺寸不符合设计
要求,结果在试件流动阶段,因强度不够而
被撕裂
参考文献
I(]aenWF.TorrmSAdwancesAnalysisofSteel
FmraesCRCPressinc】994
2舒平,沈蒲生.钢框架极限承载力的有限变形理论分
析和试验研究.工程力学,】9941
3舒兴平.沈蒲生.甲面钢框架结构二阶效应的有限变形
理论分析.钢站构,】9吲】1
钢结构1999年第4期第14卷总第46期
白国良,等:
实腹式型钢混凝土(SRC)粱正截面承栽力计算
志.孕SRC梁有较好的后期变形能力当承
载力达到峰值后,压区工字钢翼缘上的混
凝土已压碎崩落,而翼缘内的混凝土,在箍
筋与翼缘的包围下所形成的混凝土核心相对
完好,这也是P—d(或M—d)曲线上峰值
荷载后出现平台的原因⑧相对钢筋混凝土
构件,配工字钢的实腹式SRC构件对承载力
的提高比配角钢骨架的空腹式试件承载力的
提高要有效提高的原因主要是型钢骨架对
核心混凝土的约束.使混凝土塑性变形增
加,受压区强度提高同时还因为截面中型
钢在受荷后期塑流阶段变形加大,应力面积
加大,抵抗内力提高.④设有剪力连接件的
实腹式SRC梁从加荷直到构件破坏基本能
保证型钢与混凝土的整体共同工作性能;未
设置剪力连接件的梁,在荷载约达到极限荷
载的80%前可保证型钢与混凝土的共
同工作,在8O%极限荷载以后,二者间有相
对滑移产生,变形不能协调一致.为此,SRC
实腹梁在应用中应设置剪力连接件,以保证
后期混凝土与型钢的共同工作.
有了上述认阻之后,为推导得出SRC受
弯构件正截面承载力计算公式,提出如下假
定
(1)构件变形后截面平均应变符合平截
面假定;
(2)截面受拉区的拉力全部由型钢和钢
筋负担,不考虑受拉区混凝土的受力作用;
(3)钢材的—s关系按理想弹塑性;受
压区混凝土的0-一£关系按抛物线加直线取
用,即
f【2寺一嗉)o≤s≤
I<£≤
(4】由于棍凝土对型钢的嵌固和约束作
用,承载力极限阶段不考虑型钢的屈曲;
(5)截面受拉钢材(型钢和钢筋)破坏特
征值取工字钢下部受拉翼缘重心处钢材纤维
达到屈服,即达强度设计值,相应的实际界
限相对受压区高度(图1)为:
xo
一
(1)一一_~可llJ
詈去
he=h一
图】界限状态应变厦应力分布
{a)一截面;'(b)一
应变;{c)一混凝土及钢筋受力.[d)一翼缘受力;(e)一腹板应力分布
式中"F——下翼缘形心到受拉混凝土边缘
的距离.
在荷载作用下,对于实腹式SRC梁的型钢
)
腹板及上翼缘,其可能的应力分布为拉或压的
矩形,五边形,梯形或三角形应力图形,且与
钢材的屈服应变£和混凝土极限压应变s
SteelComtroaion.1999(4),~ol14,No.46
的比值.=6E有关.
2实腹式SRC梁正截面承载力公式的建
立及适用条件
为了推导及实际计算时方便,夸图l中
的口『=6hn=6型钢下,上翼缘形心至
梁底,顶混凝土边缘的距离),ho=h一畸=
h一6h取型钢上下翼缘形心之间距离为Wh
(图2~图5)这样规定质,有+6=1
当满足式
(1)的限值条件,即≤=
时,型钢下翼缘受拉屈服.这样,可以
l十pa
根据型钢在截面内所处的不同位置,由截面
平衡条件,给出包含各种受力情况的3种类
型的基本公式.由于式
(1)中代人的是实际
受压区高度五,其目的是便于通过平截面假
定求得型钢各高度处的应力.而对受压混凝
土等效矩形应力图块仍采用计算高度0.8置.
2.1类型1(图21
图2类型l计算简圉
此类情况时,型钢位于中和轴以下且型
钢全截面受拉屈服.型钢的应力分布为矩
形.由平衡条件∑X=0以及型钢下翼缘形
心处∑=0分别可得到
0.8b,~hA{1一A0rsAA{
f3)
M≤=(0.8一O.32)6+栅0一嘎)+
6^fj--)一/WhO--£√
(4)
公式应满足的条件为:
≤南-(5)
式(5)实际是为保证型钢上翼缘受拉屈服
应满足的条件.此时型钢腹板及下翼缘已经
屈服(其条件≤T早已满足
为保证上部受压钢筋屈服,应满足
≥
1一'
为保证下部受拉钢筋屈服.应满足
≤—(h-a,)/ho(7)
1十ps
上述基本公式及适用条件中.,
分别为型钢上,下翼缘及腹板的面积:
为
抗拉强度设计值;W为型钢腹板高度系数;
为型钢腹板厚度;=s店=,√C=
f~680为型钢受拉屈服应变s与混凝土受
压时极限应变值6=3.3‰的比值;口=
s肛.=/_,/(丘6d1)为受压钢筋与混凝土的相应
应变值之比;;=6=,,(Es为受拉钢
筋与混凝土的相应应变值之比.
实际上,式(7)的条件是常常满足的(试
验也已经证实).只有当选用的型钢与钢筋
其种类不同,且型钢达到屈服时的应变远低
于钢筋达到屈服时的应变值时,式(7)有可
能不满足,需要验算(这也是SRC构件选择
截面配筋配钢时构造上应注意的).
2.2类型2(图3,图41
钢蛄构1999年第4期第14卷总第46期
.
丑
白国良,等:
实腹式型钢混凝土(SRc)梁正截面承栽力计算
这种情况,型钢下翼缘受拉屈服,上翼缘
或者受压但不屈服(图3),或者受拉但不屈
服(图4).中和轴通过型钢时,上部受压型钢
部分的应力分布为三角形,受拉型钢部分的
碴
骥'
应力分布为梯形;当中和轴正好通过型钢上
翼缘【={时)或不通过型钢时,其受拉应
力分布图形为梯形或者五边形.对于型钢取
图3类型2计算简图
~
参圈4类型2计算简图
由x=O和M=0,司分别得出基卒公式:
.8h+一+;矗—一r厶+
{一=.【2厂
^r≤M=(08—0.32~)~bh0f~+.一.十
.一+hn丘+
{一卫+三盟一r———一一—_f
(9)
式(8),式(9)的适用条件为:
为保证型钢
下翼缘受拉屈服,应满足
{≤亩(.)
为保证上部受压钢筋屈服,应满足式(6);为
保证下部受拉钢筋屈服,应满足式(7).
当{≥d≥(1一)时,上翼缘受压但
不屈服,等号成立则分别对应中和轴通过上
翼缘形心处和上翼缘形心处钢材纤维受压刚
达屈服的情况.当≤≤(1+){
时,上翼缘受拉但不屈服,等号成立则分别
对应中和轴通过上翼缘形心处和上翼缘形心
处钢材纤维受拉刚达屈服时的情况.故在类
型2时就型钢来说{值在式(11)范围内变化.
青奇(11)
23类型3(图51
在此类型时,型钢下翼缘受拉屈服,而型
钢上翼缘受压屈服.中和轴通过型钢腹板,
(]转第34页
StedComtr~Oon1999f41.Vol14,No46
ll一丫I)llf
因子相等J.
只詈...彘...5q'd
由表1查得,.==0.813
n,
r2=o等珈
@一层柱的临界力因子(两柱的临界力
因子相等)
=2Prl=0.5.t=..
由表1查得3==0.656
z~2
丽EI=.
4673p~Z丽._
(2)对临界力因子最小的柱(一层),考虑
其邻层柱的约束,求临界荷载.
ttcrl
108半.
rl=0.7680.5+(1—0.768)×3.0=1,08,=∞
由表1查得=/2=0.6234
丽rdE/=11.
698鲁.丽.
于是刚架的临界荷载:
Pcr=pxno=12.698孚(I2I68半)
括弧内为精确解,误差为0.13%
4结语
大量算例表明,本法可以较方便,准确地
求出无侧移刚架的临界荷载,比用矩阵位移
法作稳定性的精确分析,省去大量的计算工
作而且本法的计算过程和结果所显示出的
物理意义也较清晰.
参考文献
李少泉有倒移刚架弹性屈曲的简化分析钢结构,1999
(2)
粱启智编着.高层建筑结构分析与设计.广州:
华南理
工大学出版社,1992
龙驭球.包世华主编.结构力学(下册).北京:
^民教育
出版社,[981
(上接第25页1
—一
图5类型3计算简图
型钢受压和受拉区的应力分布均为梯形同
类型2.取,Ⅶ=_厂.
由截面平衡条件得出:
4一+(r—A/)'(2一H,=
(O.8bh.+2t~h)(12)
M≤=(O.8—0320{6^/+_厂(^.一嗥)+
矾O--)+f胁n,+
『孚.(1L譬(13)
为了保证下翼缘达到受拉屈服,必须
≤1/(1+t0;为了保证上翼缘受压屈服,必须
{≥,(1一.于是在类型3时,其计算所得的
实际相对中和轴高度,为保证型钢上,下翼
缘均屈服,应满足:
≤≤
1l一…+
同样,为保证受压钢筋和受拉钢筋屈
服,应满足式(6)和式(7).
参考文献
l中国建筑科学研究院主编.混凝土结构研究报告集.北
京:
中国建筑工业出版社,1994
2白国良.型钢钢筋混凝土(sRc)结构的基本受力行为
兰兰兰兰:
兰竺兰苎:
!
苎兰苎苎查兰:
!
竺
钢蛄构1999~4期第14卷总第46,~I
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