1、整理1建筑工程学院建筑工程学院 钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构土木工程专业土木工程专业本科本科课程教学课程教学 主主 讲：讲： 周周 天天 华华 2013.11 2013.11 （第（第3 3章章 钢钢- -混凝土组合梁）混凝土组合梁） 整理2组合组合梁梁的分类、形式的分类、形式梁梁钢包混凝土钢包混凝土混凝土包钢混凝土包钢型钢混凝土型钢混凝土拉区拉区钢钢压区压区混凝土混凝土类型类型1类型类型2类型类型3本章内容本章内容整理3组合组合梁梁的分类、形式的分类、形式梁梁拉区拉区钢钢压区压区混凝土混凝土类型类型1整理41. 完全组合梁完全组合梁本课程主要学习的本课程主要学习的重点内容重点内容按按受力
2、受力形式分类形式分类2. 非组合梁非组合梁实际不是组合梁，工程中应用少。实际不是组合梁，工程中应用少。3. 部分组合梁部分组合梁了解了解整理5高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98 弹性设计；弹性设计； 塑性设计。塑性设计。依据规范：依据规范：钢结构设计规范钢结构设计规范 GB500172003 仅有仅有塑性设计。塑性设计。整理6钢钢混凝土组合梁混凝土组合梁设计内容设计内容重点掌握重点掌握完全抗剪连接完全抗剪连接组合梁的设计方法；组合梁的设计方法；设设计计内内容容弹性弹性方法方法塑性塑性方法方法钢梁钢梁压区压区砼砼换换算算为为钢钢施工阶段施工阶段使用阶段使用阶
3、段有无有无支撑支撑？短期短期长期长期抗弯抗弯抗剪抗剪折算应力折算应力连接件连接件挠度挠度稳定稳定裂缝裂缝截面截面砼砼和和钢钢均均达达设计设计强度强度整理7通过通过剪力连接件剪力连接件将混凝土将混凝土板板与钢与钢梁梁连接成连接成整体整体，形成钢与形成钢与混凝土组合梁混凝土组合梁。在这种组合梁中，混凝土与。在这种组合梁中，混凝土与钢梁共同受力，协调变形。这种组合梁能够充分的利钢梁共同受力，协调变形。这种组合梁能够充分的利用用钢材所具有的抗拉性能钢材所具有的抗拉性能和和混凝土所具有的抗压性能混凝土所具有的抗压性能，从而使这两种不同性能的材料得到从而使这两种不同性能的材料得到合理的利用合理的利用。 3
4、.1 概概 述述整理8 钢与混凝土组合梁截面由钢梁、翼板钢与混凝土组合梁截面由钢梁、翼板(或加或加板托）和抗剪连接件等组成，见图板托）和抗剪连接件等组成，见图3.1.1。 3.1.1钢钢-混凝土组合梁混凝土组合梁的组成的组成整理9整理10（1）现浇钢筋混凝土翼缘板，见图）现浇钢筋混凝土翼缘板，见图3.1.21、翼缘板、翼缘板整理11（2）预制钢筋混凝土翼缘板，见图）预制钢筋混凝土翼缘板，见图3.1.3整理12（3）压型钢板翼缘板（见图）压型钢板翼缘板（见图3.1.4）整理13 组合梁中的钢梁截面一般有以下几种：组合梁中的钢梁截面一般有以下几种：（1）工字钢梁）工字钢梁（2）箱形钢梁箱形钢梁（3
5、）轻钢桁架及普通钢桁架梁）轻钢桁架及普通钢桁架梁（4）蜂窝式梁）蜂窝式梁2、钢梁、钢梁整理14整理15为了保证板与钢梁上下结构有效的共同工作，为了保证板与钢梁上下结构有效的共同工作，必须在必须在交界面上设置抗剪连接件交界面上设置抗剪连接件。抗剪连结件的。抗剪连结件的形状应保证既能保证形状应保证既能保证抗剪滑移又能抵抗掀起抗剪滑移又能抵抗掀起力的力的作用作用。 3 、抗剪连接件、抗剪连接件整理16钢与混凝土组合梁抗剪钢与混凝土组合梁抗剪连接件种类及示意图连接件种类及示意图整理17 由混凝土翼缘板与钢梁组成的组合梁，若两者由混凝土翼缘板与钢梁组成的组合梁，若两者交交界面上之间无连接措施时界面上之间
6、无连接措施时，则在竖向荷载作用下，混凝，则在竖向荷载作用下，混凝土翼缘板截面和钢梁的土翼缘板截面和钢梁的弯曲相互独立弯曲相互独立，见图，见图3.1.73.1.7各自有各自有中和轴。若忽略交界面上的摩擦力，交界面上仅有竖向中和轴。若忽略交界面上的摩擦力，交界面上仅有竖向压力，二者必然发生相对水平滑移错动。所以，其受弯压力，二者必然发生相对水平滑移错动。所以，其受弯承载力为混凝土板截面受弯承载力和钢梁截面受弯承载承载力为混凝土板截面受弯承载力和钢梁截面受弯承载力之和。这种梁成为力之和。这种梁成为非组合梁非组合梁。3.1.2组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理非组合梁非组合梁整理183.1.2组
7、合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理非组合梁非组合梁整理19 若若在钢梁的上翼缘在钢梁的上翼缘设置设置足够的足够的抗剪连接件抗剪连接件并深并深入混凝土板形成入混凝土板形成整体整体，则可，则可阻止阻止混凝土板与钢梁混凝土板与钢梁之间产生的之间产生的相对滑移相对滑移，使二者的弯曲变形协调，使二者的弯曲变形协调，共同承担荷载作用，即共同承担荷载作用，即形成形成组合梁组合梁。 在荷载作用下，组合梁截面仅有一个中和轴，在荷载作用下，组合梁截面仅有一个中和轴，混凝土板混凝土板主要主要承受压力承受压力，钢梁钢梁主要主要承受拉力承受拉力。 3.1.2组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理组合梁组合梁整理2
8、03.1.2组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理组合梁组合梁本课程重点学习本课程重点学习组合梁组合梁整理21组合梁截面组合梁截面分析方法分析方法有有弹性理论弹性理论方法和考虑截面塑方法和考虑截面塑性变形发展的性变形发展的塑性理论塑性理论计算方法。计算方法。1、弹性理论弹性理论计算方法计算方法 弹性理论计算方法就是材料力学方法。这种计算方弹性理论计算方法就是材料力学方法。这种计算方法法适合适合组合梁构件的组合梁构件的施工阶段计算施工阶段计算。2、塑性理论塑性理论计算方法计算方法 塑性理论计算方法塑性理论计算方法适用适用与计算承受静力荷载或间接与计算承受静力荷载或间接动力荷载作用下的组合梁截面
9、计算。计算时考虑构件截动力荷载作用下的组合梁截面计算。计算时考虑构件截面上的应力重分布。面上的应力重分布。3.1.3组合梁截面组合梁截面分析方法分析方法整理223.1.4组合梁的组合梁的施工方法施工方法组合梁的组合梁的施工方法施工方法主要有以下两种：主要有以下两种： 1. 施工阶段组合梁下施工阶段组合梁下不设临时支撑不设临时支撑 对施工阶段不设临时支撑的组合梁，计算分析时应按对施工阶段不设临时支撑的组合梁，计算分析时应按两阶段两阶段考虑：考虑：（1）在施工阶段，）在施工阶段，即混凝土板的强度达到即混凝土板的强度达到75%以前，钢梁的自重、混凝土板的以前，钢梁的自重、混凝土板的自重和施工活荷载由
10、钢梁承受，并按自重和施工活荷载由钢梁承受，并按钢结构设计规范钢结构设计规范规定的方法计算；规定的方法计算；（2）在使用阶段，）在使用阶段，即当混凝土板的强度达到即当混凝土板的强度达到75%的设计强度后，用的设计强度后，用弹性理论弹性理论计计算承载力时，使用荷载和第二阶段增加的恒载由组合截面承受。用算承载力时，使用荷载和第二阶段增加的恒载由组合截面承受。用塑性理论方塑性理论方法计算时，则全部荷载由组合梁承受。法计算时，则全部荷载由组合梁承受。整理233.1.4组合梁的组合梁的施工方法施工方法2. 施工阶段组合梁施工阶段组合梁下设临时支撑下设临时支撑 施工阶段在组合梁下施工阶段在组合梁下设置临时支
11、撑设置临时支撑，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小来确定，当跨度来确定，当跨度L大于大于7m时，支撑不应少于时，支撑不应少于3个，当跨度个，当跨度L小于小于7m时，可设置时，可设置12个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，组合梁组合梁不必进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，不必进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，全部荷载均由组合梁承受。设全部荷载均由组合梁承受。设置临时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁置临时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠
12、度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁与混凝土板之间的相对滑移。与混凝土板之间的相对滑移。整理243.2.1材料材料 1.混凝土混凝土 强度等级不低于C20。 2.钢筋钢筋 混凝土板中一般采用HPB235与HRB335。 3.钢材钢材 宜采用Q235与Q345。 3.2 构造要求构造要求整理25 1、组合梁的截面高度、组合梁的截面高度 简支梁组合梁的高跨比为1/181/12,一般取1/15. 2、混凝土楼板的厚度、混凝土楼板的厚度 当楼板采用压型钢板组合板时, 压型钢板凸肋顶至混凝土板顶混凝土板厚度不应小于50mm. 当楼板采用普通钢筋混凝土板时,混凝土板的厚度不应小于100mm. 组合梁混凝土板厚
13、，一般以10mm为模数，经常采用的板厚为100mm、120mm、140mm、160mm 。 3 3、混凝土板的有效宽度、混凝土板的有效宽度 210bbbbe3.2.2截面尺寸截面尺寸整理263、混凝土板的有效宽度、混凝土板的有效宽度整理27 板托顶部的宽度与板托高度之比应不小于1.5,且板托的高度不应大于混凝土板得厚度的1.5倍 4 4、板托尺寸、板托尺寸整理28 （1）截面尺寸 组合梁中的钢梁,其截面高度不应小于组合梁截面高度(包括板托)的 ,即 （2）截面形状和加劲肋 5 . 2 / 1Hh4 . 05 5、钢梁、钢梁整理293.2.3主、次梁的连接主、次梁的连接整理303.3.1 3.3
14、.1 组合梁正截面受力性能组合梁正截面受力性能 由试验结果知；从加荷到破坏，组合梁正截面经历弹性、弹塑性和塑性三个受力阶段，见图3.3.1 3.3 组合梁试验结果分析组合梁试验结果分析弹性弹性弹塑性弹塑性塑性塑性AB整理31整理32简支简支组合梁破坏形态组合梁破坏形态 整理33连续连续组合梁破坏形态组合梁破坏形态 整理341、弹性阶段、弹性阶段 在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载变形曲在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载变形曲线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的50%50%左右时，钢梁的左右时，钢梁的下翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还
15、处于弹性工作状态下翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还处于弹性工作状态2、弹塑性阶段、弹塑性阶段 加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载变形曲线开始合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载变形曲线开始偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形显著增大，组合梁的工作进入弹塑性阶段显著增大，组合梁的工作进入弹塑性阶段3.3.1 3.3.1 组合梁组合梁正截面正截面受力性能受力性能整理353、塑性阶段、塑性阶段 加荷至破坏荷
16、载的加荷至破坏荷载的9090以上时，组合梁跨以上时，组合梁跨中的挠度变形大幅度增中的挠度变形大幅度增长，荷载变形曲线基长，荷载变形曲线基本呈水平趋势发展，此本呈水平趋势发展，此时组合梁的工作已进入时组合梁的工作已进入塑性工作阶段。塑性工作阶段。3.3.1 3.3.1 组合梁正截面受力性能组合梁正截面受力性能整理36 图3.3.3 组合梁截面实测应变图3.3.1 3.3.1 组合梁正截面受力性能组合梁正截面受力性能 整理373.3.2组合梁交接面的滑移特征组合梁交接面的滑移特征整理382、影响组合梁交接面上滑移的因素、影响组合梁交接面上滑移的因素 （1 1）由图）由图3.3.43.3.4可以看出
17、，在荷载作用初期，荷可以看出，在荷载作用初期，荷载滑移曲线明显呈线性关系，当荷载达到极限荷载载滑移曲线明显呈线性关系，当荷载达到极限荷载的的70%70%时，滑移增长速度明显大于荷载的增长速度时，滑移增长速度明显大于荷载的增长速度。 （2 2）连接件的刚度对滑移分布有着重要的影响。）连接件的刚度对滑移分布有着重要的影响。 （3 3）混凝土的强度对组合梁交接面上滑移有一定）混凝土的强度对组合梁交接面上滑移有一定的影响。的影响。 3.3.2组合梁交接面的组合梁交接面的滑移特征滑移特征整理393.4.13.4.1截面几何特征值截面几何特征值1、换算截面、换算截面组合梁在正弯矩作用下按弹性理论进行截面分
18、析时，应根组合梁在正弯矩作用下按弹性理论进行截面分析时，应根据据截面应变相同且总内力不变截面应变相同且总内力不变的原则，将受压混凝土板的有效的原则，将受压混凝土板的有效宽度宽度折算成与钢材等效的换算截面折算成与钢材等效的换算截面宽度，见图宽度，见图3.4.1。即：把即：把混凝土混凝土换算为换算为钢钢 3.4 组合梁按弹性理论分析组合梁按弹性理论分析 整理401、换算截面、换算截面y0图图3.4.1整理41（1）荷载短期效应组合时 （3.4.1） （2）荷期长期效应组合时 （3.4.2） 式中 混凝土翼板换算为钢材的等效宽度； 混凝土翼板的有效宽度； 钢材弹性模量E与混凝土模量Ec的比值 。 E
19、eeqbb/Eeeqbb2/eqbebE1、换算截面、换算截面整理42 (3.4.3) 第个单元的截面面积,对混凝土单元需将其换算成钢材单元进行计算 ； 第个单元重心轴距截面顶边得距离。 当考虑混凝土得徐变影响时,应将公式3.4.23.4.2代入公式3.4.33.4.3进行计算,即可求得考虑混凝土徐变影响的组合截面的重心轴距组合截面顶边的距离,并用 表示。 iiiAyAy0iAiycy02 2、换算截面重心轴、换算截面重心轴( (中和轴中和轴) )的位置的位置整理43（1）中和轴在板内（见图3.4.2） 3 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩整理44000y
20、IWc000yHIWb0100yhIWct202113105 . 012yyAIhyhbhbIsscoeeqceqAhbAceq103 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩（中和轴在板内）整理45（2）中和轴在板下（见图3.4.3）3 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩整理46AbAeq02021013105 . 012yyAIhyhbhbIsscceqceq1000cthyIW000yHIWb000yIWc3 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩（中和轴在板下）整理47 组合梁在永久荷载的
21、组合梁在永久荷载的长期作用长期作用下下, ,受压翼缘混凝土受压翼缘混凝土发生发生徐变徐变, ,将使混凝土翼缘的应力减小将使混凝土翼缘的应力减小, ,钢梁的应力增大。钢梁的应力增大。为了在计算中反映这一效应为了在计算中反映这一效应, ,可将混凝土翼缘板有效宽可将混凝土翼缘板有效宽度内的截面面积除以度内的截面面积除以2 2换算成钢材换算成钢材截面面积。截面面积。 此情况下此情况下, ,组合截面的中和轴一般位于钢梁的截面组合截面的中和轴一般位于钢梁的截面内（见图内（见图3.4.33.4.3）。换算后的组合截面面积、惯性矩、）。换算后的组合截面面积、惯性矩、对钢梁上翼缘、下翼缘的抵抗矩以及对组合梁顶面
22、的抵对钢梁上翼缘、下翼缘的抵抗矩以及对组合梁顶面的抵抗矩为按下式计算抗矩为按下式计算: :4、考虑混凝土、考虑混凝土徐变徐变的截面抵抗矩的截面抵抗矩整理48AhbAceqc102021013105 . 012cssccceqceqcyyAIhyhbhbI1000ccctchyIWccbcyHIW000ccccyIW0004、考虑混凝土、考虑混凝土徐变徐变的截面抵抗矩的截面抵抗矩整理49 在楼板的混凝土未达到强度设计值以前，在楼板的混凝土未达到强度设计值以前，全部全部荷载荷载由组合梁中的由组合梁中的钢梁承受钢梁承受，所以，施工阶段只需对钢梁，所以，施工阶段只需对钢梁进行计算，其计算内容为；钢梁的
23、正应力计算、剪应进行计算，其计算内容为；钢梁的正应力计算、剪应力计算、整体稳定计算和钢梁挠度计算。此时称为组力计算、整体稳定计算和钢梁挠度计算。此时称为组合梁的第一受力阶段。合梁的第一受力阶段。 在施工阶段在施工阶段, ,当钢梁受压翼缘的自由长度与其宽度当钢梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过之比不超过表表3.4.13.4.1规定数值时规定数值时, ,可不进行整体稳定验可不进行整体稳定验算算。3.4.2 3.4.2 施工阶段施工阶段组合梁计算组合梁计算整理50（1）永久荷载 混凝土板、模板及钢梁的自重。（2）可变荷载 1） 施工活荷载；工人、施工机具及设备等自重。 2） 附加活荷载 附加管线
24、、混凝土堆放、混凝土泵等以及过量冲击效应适当的增加荷载。1 1、荷载计算荷载计算整理51 （1）单向弯曲 钢梁在单向弯矩 的作用下，其截面的正应力应满足下式要求： （2）双向弯曲 钢梁在双向弯矩和的共同作用下，其截面正应力应满足下列要求：xMfWMnxxx2、钢梁正应力计算、钢梁正应力计算整理52式中 绕X轴和Y轴的弯矩设计值，对工字 形截面， X轴为强轴 Y轴为弱轴； 对X轴和Y轴的净截面抵抗拒； 截面塑性发展系数，工字形截面分别 取1.05、1.2，箱形截面均取1.05； 钢材的抗弯强度设计值。yxMMnynxWWyxffWMWWnyyynxxx2、钢梁正应力计算、钢梁正应力计算整理53
25、当钢梁当受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度比值 （图3.4.4 ），但能满足下列公式要求时，应取 。对于工字截面梁 对于箱形截面梁 yftb/23513/ 0 . 1xyftb23515yftb2354002、钢梁正应力计算、钢梁正应力计算整理54 在主平面内受弯的实腹式钢梁,其腹板的剪应力应满足下列条件： 4、钢梁的整体稳定性、钢梁的整体稳定性 组合梁中的钢梁部件,当其受压翼缘的自由长度与宽度比值超过表3.4.1中规定的限值时,应按下式验算楼板混凝土未凝固前的钢梁整体稳定性： vwfItSV011fWMxbx3、钢梁剪应力计算、钢梁剪应力计算整理55 组合梁施工阶段荷载短期效应组合，简支钢梁在均
26、布荷载作用下的挠度，按下式进行验算： 施工阶段作用于钢梁上的均布荷载值; 、 钢梁的跨度和截面惯性矩; 钢材的弹性模量. 250138454EIglglIE5、钢梁挠度验算、钢梁挠度验算整理56在在使用阶段使用阶段，混凝土翼缘板强度达到强度的设计值，混凝土翼缘板强度达到强度的设计值，混凝土翼缘板与钢梁形成了整体，此时，应按组合梁进行混凝土翼缘板与钢梁形成了整体，此时，应按组合梁进行计算。计算。采用弹性理论采用弹性理论计算时，要根据计算要求采用换算截计算时，要根据计算要求采用换算截面。使用阶段后加的荷载由组合梁来承受（称为第二受力面。使用阶段后加的荷载由组合梁来承受（称为第二受力阶段），此时，钢
27、梁的应力计算应考虑两阶段的应力叠加，阶段），此时，钢梁的应力计算应考虑两阶段的应力叠加，组合梁混凝土翼缘板的应力则只考虑使用阶段所加的应力组合梁混凝土翼缘板的应力则只考虑使用阶段所加的应力影响。影响。3.4.3使用阶段使用阶段计算计算整理571、适用范围、适用范围符合下列情况之一的组合梁符合下列情况之一的组合梁,应按弹性理论进行截面应按弹性理论进行截面分析和截面应力力计算。分析和截面应力力计算。（1 1）组合梁内钢梁翼缘或腹板的板件的宽厚比值大于）组合梁内钢梁翼缘或腹板的板件的宽厚比值大于表表3.4.1规定的限值规定的限值,且其组合梁截面的中和轴位于钢梁且其组合梁截面的中和轴位于钢梁腹板内。腹
28、板内。（2 2）在设计荷载作用下）在设计荷载作用下,可能因交替发生受拉、受压屈可能因交替发生受拉、受压屈服使材料产生低周期疲劳破坏的构件。服使材料产生低周期疲劳破坏的构件。 （3 3）组合梁的中和轴虽位于钢梁截面内，但钢梁翼缘）组合梁的中和轴虽位于钢梁截面内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均能满足表和腹板的板件宽厚比均能满足表3.4.13.4.1的要求。的要求。3.4.33.4.3使用阶段计算使用阶段计算整理58(1)钢梁部件拉应力小于钢材的屈服强度钢梁部件拉应力小于钢材的屈服强度,混凝土最大压应力小于混凝土最大压应力小于0.5倍轴心抗压强度。倍轴心抗压强度。 (2)钢梁宽厚比较大钢梁宽厚比较大
29、, ,钢梁受力后钢梁受力后, ,截面尚截面尚未出现塑性化以前未出现塑性化以前, ,受压翼缘和腹板有可能发受压翼缘和腹板有可能发生局部屈曲。生局部屈曲。2、适用条件、适用条件整理59(1)计算假定计算假定 1)1)钢材和混凝土均为理想的弹性材料；钢材和混凝土均为理想的弹性材料； 2)2)钢梁和混凝土板之间的相对滑移很小钢梁和混凝土板之间的相对滑移很小, ,可以忽略可以忽略 不计不计, , 接截面在弯曲后仍保持平面；接截面在弯曲后仍保持平面；3)3)截面应变符合平截面假定；截面应变符合平截面假定；4)4)不考虑组合梁混凝土翼缘板内钢筋；不考虑组合梁混凝土翼缘板内钢筋； 5)5)不考虑混凝土开裂影响
30、；不考虑混凝土开裂影响； 6)6)当钢筋混凝土楼板下边设置板托时当钢筋混凝土楼板下边设置板托时, ,不考虑混凝不考虑混凝 土板托影响。土板托影响。3、组合梁正应力计算、组合梁正应力计算整理60当将组合梁中混凝土等效换算成钢材以后当将组合梁中混凝土等效换算成钢材以后, ,即可认为组合梁的截面是由单一材料钢材组成即可认为组合梁的截面是由单一材料钢材组成, ,组合截面的正应力可以用材料力学的公式计算。组合截面的正应力可以用材料力学的公式计算。 1)1)当组合梁下设置临时支撑时当组合梁下设置临时支撑时, ,按一阶段按一阶段受力设计受力设计, ,梁上的荷载全部由组合截面承担。当梁上的荷载全部由组合截面承
31、担。当不考虑混凝土徐变的影响时不考虑混凝土徐变的影响时, ,其截面应力可按下其截面应力可按下式计算：式计算：(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理61A A、中和轴在板内、中和轴在板内 对钢梁上翼缘对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 fWMtt00fWMbb00cccfWM00(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理62 B B、中和轴在板下、中和轴在板下 对钢梁上翼缘 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 fWMtt00fWMbb00cccfWM00(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理63式中 全部荷载对组合梁产生的正弯矩; 钢材的抗拉和抗弯强度设计值; 混凝土抗压强度设计值； 、 、
32、 组合梁的组合截面对钢梁上翼缘、 下翼缘和混凝土顶的抵抗矩。 2)当组合梁下设置临时支撑时,按一阶段受力设计,梁上的荷载全部由组合截面承担。当考虑混凝土徐变的影响时,其截面应力可按下式计算: MfcfcW0bW0tW0(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理64A A、中和轴在板内、中和轴在板内 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 B B、中和轴在板下、中和轴在板下 对钢梁下翼缘 fWMWMbqbcgbc000ccqccgccfWMWM000fWMWMcqbcgbc000(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理65 对组合梁顶部混凝土 式中 永久荷载对组合梁产生的弯矩设计值 扣除永久荷载后的
33、可变荷载对组合梁产生的弯矩设计值。 3)当组合梁下不设置临时支撑时,按两个阶段受力设计,这时不考虑长期荷载作用下混凝土徐变的影响,其截面应力可按下式计算： cdcqccgccfWMWM000gMqM(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理66对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 式中 施工阶段的永久荷载对组合梁产生的弯 矩设计值； 使用阶段的永久荷载与可变荷载对组 合梁产生的弯矩设计值。fWMWMbnxxb0210cccfWM0201M2M(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算整理67(1)计算原则计算原则1)计算组合梁的剪应力时，应考虑施工阶段和使用阶段不同工作截面和计算组合梁的剪应力时，应考
34、虑施工阶段和使用阶段不同工作截面和受力特点；受力特点；2)在楼板混凝土未硬化之前，施工阶段的全部荷载由组合梁的钢梁承担，在楼板混凝土未硬化之前，施工阶段的全部荷载由组合梁的钢梁承担，钢梁的剪应力按钢梁截面进行计算，当楼板的强度达到混凝土的设计强钢梁的剪应力按钢梁截面进行计算，当楼板的强度达到混凝土的设计强度后，后加的使用阶段荷载由组合梁来承担，其钢梁的剪应力按组合截度后，后加的使用阶段荷载由组合梁来承担，其钢梁的剪应力按组合截面计算；面计算；3)组合梁的钢梁的实际剪应力，等于钢梁分别按两阶段产生的剪应力之组合梁的钢梁的实际剪应力，等于钢梁分别按两阶段产生的剪应力之和。和。4 4、组合梁竖向受剪
35、承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算整理68(2)剪应力计算公式剪应力计算公式1）第一受力阶段）第一受力阶段 在施工荷载作用下在施工荷载作用下, ,钢梁截面剪应力分布（见图钢梁截面剪应力分布（见图3.2.18b),3.2.18b),剪应力按下式计算：剪应力按下式计算：式中式中施工阶段的可变荷载和永久荷载在钢梁上产施工阶段的可变荷载和永久荷载在钢梁上产生的剪力设计值生的剪力设计值;剪应力验算截面以上的钢梁截面面积对剪应力验算截面以上的钢梁截面面积对钢梁中和轴钢梁中和轴S-S的面积矩；的面积矩； 、 钢梁的腹板厚度和毛截面的惯性矩。钢梁的腹板厚度和毛截面的惯性矩。wstISV1111V1SwtwI4
36、 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算整理692) 2) 第二受力阶段第二受力阶段组合梁在使用阶段增加的荷载作用下组合梁在使用阶段增加的荷载作用下,其钢梁的剪应其钢梁的剪应力按下式计算：力按下式计算：wtISV00224 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算整理70式中式中 使用阶段总荷载使用阶段总荷载( (可变加永久可变加永久) )减去施工减去施工 阶段总荷载对组合梁产生的剪力设计值；阶段总荷载对组合梁产生的剪力设计值；剪应力计算截面以上的钢梁截面对组合剪应力计算截面以上的钢梁截面对组合截面截面( (组合梁换算截面组合梁换算截面) )中和轴中和轴0-0的面积的
37、面积 矩；矩；组合梁换算截面的惯性矩组合梁换算截面的惯性矩.3)3)总的剪应力总的剪应力a、当组合截面的中和轴、当组合截面的中和轴0-0位于钢梁截面内时，钢位于钢梁截面内时，钢梁总剪应力按梁总剪应力按计算（见图计算（见图3.4.6d）。）。2V0S0I214 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算整理71 b、当组合截面的中和轴0-0位于混凝土翼缘或板托内时，钢梁剪应力的验算截面取钢梁腹板与翼缘的交接面，此处钢梁的剪应力最大。(3)抗剪强度验算抗剪强度验算 式中 钢材的抗剪强度设计值。 vfvf4 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算整理72 在梁腹板与翼缘交接处
38、同时作用有很大的法向应力和剪应力，为此，必须验算其主应力。钢梁的主应力应分别满足下列条件： f22max22vf22max25、主应力计算、主应力计算整理731、适用范围、适用范围符合下列条件、且混凝土翼板与钢梁部件之间实符合下列条件、且混凝土翼板与钢梁部件之间实现现完全抗剪连接的组合梁完全抗剪连接的组合梁，其使用阶段应按塑性理论，其使用阶段应按塑性理论进行截面分析和承载力计算。进行截面分析和承载力计算。(1)在设计荷载作用下，在设计荷载作用下，不会不会因交替发生受拉屈服因交替发生受拉屈服和受压屈服使材料和受压屈服使材料低周疲劳破坏低周疲劳破坏的构件；的构件；(2)组合梁的组合梁的中和轴位于混
39、凝土受压翼缘板面内中和轴位于混凝土受压翼缘板面内；(3)组合梁的塑性中和轴虽位于其钢梁部件的截面组合梁的塑性中和轴虽位于其钢梁部件的截面内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均满足表内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均满足表3.4.1的的要求。要求。 3.5 3.5 组合梁组合梁按塑性按塑性计算理论分析计算理论分析整理74（1）组合梁截面）组合梁截面应全截面塑性化应全截面塑性化，即钢材的力学性能，即钢材的力学性能应满足以下条件：应满足以下条件：1)强屈比强屈比2)伸长率伸长率 3)极限应变极限应变（2）组合梁中钢梁组合梁中钢梁, ,在出现全截面塑性化之前在出现全截面塑性化之前, ,受压翼受压翼缘和腹板
40、缘和腹板不发生板件的局部屈曲不发生板件的局部屈曲; ;（3）应设置侧向支承杆）应设置侧向支承杆,以控制钢梁的侧向变形和弯扭以控制钢梁的侧向变形和弯扭变形变形.2.1yuff%155yu202、适用条件、适用条件整理751、计算假定、计算假定（1）塑性）塑性中和轴以下中和轴以下的的型钢截面型钢截面，其，其拉应力拉应力全部达到钢全部达到钢材材抗拉强度设计值抗拉强度设计值；（2）塑性）塑性中和轴以上中和轴以上的型钢截面，其的型钢截面，其压应力压应力全部达到钢全部达到钢材的材的抗压设计强度抗压设计强度；（3）塑性中和轴以上的）塑性中和轴以上的混凝土截面混凝土截面均匀受压均匀受压,其其压应力压应力全全部
41、达到混凝土的部达到混凝土的抗压强度设计值抗压强度设计值；（4）塑性中和轴以下的混凝土截面）塑性中和轴以下的混凝土截面,假定全部开裂而不再假定全部开裂而不再受力；受力；ffcf3.5.1组合梁受弯承载力计算组合梁受弯承载力计算整理76（5）组合梁受到负弯矩作用时，混凝土翼缘板有效）组合梁受到负弯矩作用时，混凝土翼缘板有效宽度内的纵向钢筋，其拉应力全部达到钢筋的抗拉强度宽度内的纵向钢筋，其拉应力全部达到钢筋的抗拉强度设计值设计值；（6）若钢筋混凝土板的支座处设置了混凝土板托，）若钢筋混凝土板的支座处设置了混凝土板托，确定组合梁截面尺寸时，混凝土板托的截面尺寸不计。确定组合梁截面尺寸时，混凝土板托的
42、截面尺寸不计。 2、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式（1）塑性中轴位于混凝土受压翼板内塑性中轴位于混凝土受压翼板内( (图图3.5.13.5.1),),即即时，时，stfccefhbfA11、计算假定、计算假定整理77式中 正弯矩设计值 MyxfbMcecefbAfx 2、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式整理78混凝土翼缘板受压区高度；混凝土翼缘板受压区高度； 钢梁截面应力合力至混凝土受压区截面应钢梁截面应力合力至混凝土受压区截面应 力合力间的距离；力合力间的距离； 钢梁的截面面积；钢梁的截面面积； 钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值；钢材的抗
43、拉、抗压、抗弯强度设计值； 混凝土抗压强度设计值。混凝土抗压强度设计值。 （2）塑性中和轴在钢梁腹板内塑性中和轴在钢梁腹板内 ( (图图3.5.2)3.5.2)， 即即 时，时，xyAfcfccefhbAf12、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式整理79211fyAyfhbMccce)(5.01ffhbAAccec2、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式整理80式中式中 钢梁的受压区截面面积钢梁的受压区截面面积; ; 钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区 截面形心的距离截面形心的距离; ; 钢梁受拉区截面形心至钢
44、梁受压区截面形钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区截面形 心的距离心的距离. . 1y2ycA整理812/43yyfAMMststsfSSMs213 3、负弯矩区段承载力计算、负弯矩区段承载力计算(见图3.5.3)整理82式中 负弯矩设计值； 、 钢梁塑性中和轴(平分钢梁截面积的轴 线)以上和以下截面对该轴的面积矩； 负弯矩区混凝土翼板有效宽度范围内的 纵向钢筋截面面积； 纵向钢筋截面形心至组合梁塑性中和轴 之间的距离； 组合梁塑性中和轴至钢梁塑性中和轴 的距离。当组合梁塑性中和轴在钢梁 腹板内时,可取 ；当 该中和轴在钢梁翼缘内时,可取钢梁塑 性中和轴至腹板上边缘的距离。 2S1SstA3y4yf
45、tfAywstst2/4M整理83 1 1、采用、采用塑性设计法塑性设计法计算组合梁的承载力时计算组合梁的承载力时, ,对于受对于受正弯矩作用组合梁截面正弯矩作用组合梁截面, ,可不计入弯矩与剪力的相互影响；可不计入弯矩与剪力的相互影响；对负弯矩作用的组合梁截面对负弯矩作用的组合梁截面, ,当满足时当满足时 , ,不考不考虑弯矩和剪力的相互影响。虑弯矩和剪力的相互影响。 2 2、简支组合梁简支组合梁若按塑性设计方法分析时若按塑性设计方法分析时, ,不考虑不考虑混混凝土翼缘板及其板托参与凝土翼缘板及其板托参与承担剪力承担剪力。AffAstst15. 03.5.2 3.5.2 组合梁组合梁受剪承载
46、力受剪承载力计算计算整理84 3 3、组合梁截面的、组合梁截面的全部剪力全部剪力, ,假定仅由其钢假定仅由其钢梁部件的梁部件的腹板承担腹板承担, ,其受剪承载力按下式计算：其受剪承载力按下式计算：式中式中组合梁内钢梁部件截面高度；组合梁内钢梁部件截面高度；组合梁内钢梁部件截面的厚度；组合梁内钢梁部件截面的厚度； 钢材的抗剪强度设计值。钢材的抗剪强度设计值。vwwfthV whwtvf整理85 3.6.1 3.6.1构造要求构造要求1、一般构造要求、一般构造要求抗剪连接件的作用是抵抗水平抗剪连接件的作用是抵抗水平剪剪力和竖向掀起力力和竖向掀起力，其设置应符合以，其设置应符合以下规定下规定: （1
47、）栓钉连接件钉头下表面或栓钉连接件钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面应槽钢连接件上翼缘下表面应高出翼高出翼缘板底部钢筋顶面缘板底部钢筋顶面30mm；（2）连接件沿梁跨度方向的最）连接件沿梁跨度方向的最大间矩不应大于混凝土翼板（包括大间矩不应大于混凝土翼板（包括板托）厚度的板托）厚度的4倍倍,且不应大于且不应大于400mm； 3.6 3.6 抗剪连接件抗剪连接件的设计的设计整理86（3）连接件连接件的外侧边缘至的外侧边缘至钢梁翼缘板边缘钢梁翼缘板边缘的距离的距离不应小于不应小于20mm；（4）连接件连接件的外侧边缘至的外侧边缘至混凝土翼缘板边缘混凝土翼缘板边缘的距的距离不应小于离不应小于100m
48、m； （5）连接件连接件的顶面的顶面混凝土保护层混凝土保护层的厚度不应小于的厚度不应小于15mm。3.6.1 3.6.1 构造要求构造要求整理87栓钉是采用自动焊接机焊于钢梁翼缘上，焊接时栓钉是采用自动焊接机焊于钢梁翼缘上，焊接时使用配件瓷环，在自动拉弧焊接的过程中能隔气、使用配件瓷环，在自动拉弧焊接的过程中能隔气、保温、档光，防止溶液飞溅。保温、档光，防止溶液飞溅。1）栓钉的公称直径栓钉的公称直径8mm、10mm、13mm、16mm、19mm及及22mm，常用的为后，常用的为后4种；种； 2）栓钉的长度不应小于杆径的）栓钉的长度不应小于杆径的4 4倍倍；2、各种抗剪连接件的构造要求、各种抗剪
49、连接件的构造要求 （1）栓钉连接件）栓钉连接件整理88整理893）当栓钉的位置不正对钢梁腹板时）当栓钉的位置不正对钢梁腹板时,如钢梁上翼如钢梁上翼缘承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚缘承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的度的1.5倍，如钢梁的上翼缘不承受拉力，则栓钉杆倍，如钢梁的上翼缘不承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的直径不应大于钢梁上翼缘厚度的2.5倍；倍；4）栓钉沿梁跨方向间距不应小于杆径）栓钉沿梁跨方向间距不应小于杆径6倍，垂倍，垂直于梁跨方向的间距不应小于杆径直于梁跨方向的间距不应小于杆径4倍倍,见图见图3.6.1；整理905）用压型钢板作底模的组合梁）
50、用压型钢板作底模的组合梁, ,栓钉杆直径不宜大于栓钉杆直径不宜大于19mm,19mm,混凝凸肋宽度不应小于栓钉直径的混凝凸肋宽度不应小于栓钉直径的2.52.5倍；栓钉高度倍；栓钉高度 应满足应满足 （图（图3.6.2 3.6.2 ）。）。dh7530edehhh3.6.1 3.6.1 构造要求构造要求整理91（2）弯筋连接件）弯筋连接件1 1）弯起钢筋应成对称布置）弯起钢筋应成对称布置,直径不应小于直径不应小于12mm,弯起角一般为弯起角一般为450,弯折方向应与混凝土翼板对钢梁的弯折方向应与混凝土翼板对钢梁的水平剪力方向相一致（见下图）。水平剪力方向相一致（见下图）。整理922)2)在梁的跨
