第29卷第2期建 筑 结 构 学 报
V o l 129,N o 122008年4月
Jour nal of Bu il d i n g S tructures
A pril 2008
文章编号:1000-6869(2008)02-0104-10
FRP -混凝土-钢双壁空心管短柱轴心抗压试验研究
钱稼茹,刘明学
(清华大学结构工程与振动教育部重点实验室,北京100084)
摘要:为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压性能,完成了3个圆钢管短柱和10个双壁空心管短柱试件的轴心抗压
试验。结果表明:双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP 管和内层钢管的共同约束;试件具有良好的延性。在轴压力作用下,圆钢管短柱的破坏形态与其径厚比有关。双壁空心管短柱在轴压作用下有3种破坏形态:FRP 管的纤维拉断,FRP 管的纤维拉断和钢管压屈,整体压屈。破坏形态主要与钢管径厚比、空心率、FRP 管的约束程度有关。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的3种类型及模型参数的计算公式。模型考虑空心率、内层钢管径厚比、外层FRP 管约束程度、FRP 层合结构和加载方式的影响,与试验结果符合较好。关键词:FRP -混凝土-钢双壁空心管短柱;应力-应变关系模型;试验;轴心抗压中图分类号:TU39819 TU 31711 文献标识码:A
Experm i ental i nvesti gation of FRP -concrete -steel double -skin
tubular stubs under axial co mpressi ve loadi ng
Q I AN Jiaru ,LIU M i ngxue
(K ey Laboratory for Str uctural Engineeri ng and V i brati on of Educat i on M i nistr y ,
T singhua U ni versity ,Beiji ng 100084,China)
Abstract :To st udy the a x ial co mpressive behavior of FRP -concrete -steel double -skin tubular stubs (DSTSs),experm i ents o f
3circular steel tubes and 10DSTS specm i e ns w ere carried out .T est results i nd i cate that c oncrete i n DSTS is effectively confi ne d by the steel tube and the FRP t ube ,the l ocal buckli ng of t he i nner steel tube is e ither del ayed or suppressed by concrete ,lead i ng to a ductile behav i or .The fail ure mode of the steel tube i s related to its dia m eter -to -thickness ratio .T hree types of fail ure mode of DSTS are f ound :fiber r upture of FRP tube ,fiber r upture of FRP tube and buc kling of stee l tube ,as w ell as buc kling of DSTS .The fail uremodes are relevant to the di a m eter -to -thic kness ratio of steel tube ,the voi d rati o and the a m ount of FRP confi ne ment .Based on t he experm i ental results of this study and those fr o m related literatures ,three types o f concrete co m pressi ve stress -stra i n rel ationshi p mode l of DSTS are pr oposed .T hem odel takes i nto account t he i nfluence of voi d ratio ,dia meter -to -th i ckness rat i o of inner steel tube ,the confine m ent of FRP tube ,FRP la m inate str ucture and l oadi ng m ethod ,and agrees well w ith the test results .K ey wor ds :FRP -concrete -steel double -sk i n tubular stub ;stress -strain relat i onshi p m ode;l experm i ent ;ax ial c o mpressi on
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50329802)(海外或港、澳青年学者合作研究基金)。
作者简介:钱稼茹(1946) ),男,江苏无锡人,教授。收稿日期:2006年4月
0 引言
FRP -混凝土-钢双壁空心管(简称双壁空心管)是香港理工大学滕锦光教授提出的一种新型的结构构件
[1-2]
。该构件由一个内层钢管、一个外层纤维增强复
合材料FRP(fi ber reinf orced po l y m er)管(或缠绕FRP 布)和两个管之间的混凝土组成,其典型的截面形式见图1
[1-2]
。FRP 与传统材料组合,充分发挥各自的优点,双
壁空心管具有自重轻、轴向受压承载力高、耐久性好、延
性好、施工方便等优点,可用做房屋建筑的框架柱、桥梁结构的墩柱等。目前,国内外对FRP -混凝土-钢双壁空心管的受力性能研究很少,仅文献[1]~[4]介绍了双壁空心管短柱的轴心抗压试验和抗弯试验,试件的混凝土外缠绕玻璃纤维GFRP (g lass fiber rei nforced poly mer)布。
104
图1双壁空心管典型截面示意图
F i g.1Typ i ca l secti ons o f the doub l e-sk i n t ubular co l u m n
表1双壁空心管短柱试件参数
Tab l e1Pa rame t e rs o f doub l e-skin tubu lar stub specm i ens
f o r axia l comp ressive t e st
组号试件
编号
D o/D a
mm
管材
编号
f c
M Pa
f r/f c k v k dt
加载
方式
界面
条件SC11190/1401,632149110501745214全截面自然
1SC12190/1141,532149110501604516全截面自然SC13190/1401,729184111501741712全截面自然SC21190/1402,632149012801745214全截面自然2SC22190/1142,532149012801604516全截面自然SC23190/1402,729184013001741712全截面自然
3SC31190/1403,629125212101745214全截面自然SC32190/1403,629184211701745214全截面处理
4
SC41190/1404,627173211301745214核心自然SC42190/1404,632149118201745214核心处理
表2FRP管和钢管参数及材料力学性能
Tab l e2Pa rame t e rs and m ater ia lm echan i c a l p rope rties
o f FRP t ubes and s t ee l t ubes
管材编号D o或D a
mm
t fr p或t a
mm
材料
类型
纤维
层数
纤维缠
绕角度
抗压抗拉
强度
M Pa
弹性
模量
GPa
强度
M Pa
弹性
模量
GPa
11902147
玻璃
纤维管
6?80b7712518157535316
21902128
玻璃
纤维管
6?60b7914617122132318
31902167碳纤
维管
10?80b891122417131417917
41903119
混杂
纤维管
6+4?80b791131713100611317
51142150钢管--363/
453
206
363/
453
206
61402167钢管--313/
391
206
313/
391
206
71408116钢管--353/
499
206
353/
499
206
为研究双壁空心管短柱DSTS(double-ski n t ubular stub)的抗压性能,进行了3个圆钢管和10个双壁空
心管短柱试件的轴心抗压试验,试件外层为有一定
轴向刚度的预制FRP管。通过分析本文和国内外
其他学者相关的试验结果[1-2,4-5],研究了空心率、钢
管径厚比、FRP管内壁界面条件、F RP管约束程度(包括FRP纤维特征值和纤维缠绕角度)和加载方
式对双壁空心管短柱抗压性能的影响;提出了双壁
空心管内混凝土受压应力-应变关系模型。
1试验概况
10个双壁空心管短柱的高度均为500mm,外管
均采用FRP管,试件参数和所用管材的编号见表1。
表中,f
c 为混凝土轴心抗压强度,取f
c
=0176f
cu
,f
cu
为实测混凝土立方体抗压强度;f
r /f
c
为纤维特征值,
是反映FRP管约束程度的指标,纤维特征值大,对混凝土的约束强;f
r
为最大径向约束应力,由荷载平
衡和变形协调,f
r =2f
h
t
frp
/D
o
,f
h
为FRP的等效环向
抗拉强度,由文献[6],当环拉试验的试件从交叉缠
绕FRP管上截取时取f
h =1175f
h,fr p
,采用其他方法
得到FRP环向抗拉强度f
h,frp 时取f
h
=f
h,frp
,t
frp
为
FRP管的厚度,D
o 为FRP管的内径;k
d t
为钢管的径
厚比,k
dt =D
a
/t
a
,D
a
、t
a
分别为钢管的外径和壁厚;
k v 为空心率,k
v
=D
a
/D
o
;界面条件为FRP与混凝土
交界面是否处理,/自然0表示FRP管内壁未处理, /处理0表示在FRP管内壁涂抹环氧树脂后,粘贴石英砂。
制作试件所用管材的参数及力学性能见表2。其中,管1、管2为GFRP管;管3为碳纤维CFRP (car bon fi ber rei nforced po l y m er)管;管4为混杂纤维管,其内层为CFRP,外层为GFRP,两者的质量比为1B1;管5、管6、管7为钢管,两端机加工平整。缠绕角度是指FRP管的纤维与轴向的夹角,缠绕角度小,对混凝土的约束程度差。钢管钢材强度栏中数字为屈服强度/极限强度。钢管钢材的强度为同一根钢管上截取的2个标准试件拉伸试验结果的平均值,取抗压强度与抗拉强度相同。所有FRP管均为常温固化体系的交叉缠绕管,玻璃纤维为S玻璃纤维,碳纤维为T700,基体为岳阳石油化工厂生产的CYD-128环氧树脂,纤维的体积含量均为0175。FRP管材的轴心抗压试验和环拉试验分别按我国5纤维增强热固性塑料管轴向压缩性能试验方法6(GB5350)85)[7]和美国5FRP管环拉试验方法6 (A ST M D2290)04)[8]的相应规定执行,试验装置见图2。
双壁空心管短柱试件轴心抗压试验的加载方式分为核心加载和全截面加载两种,前者同时对钢管和核心混凝土加载,后者同时对FRP管、钢管和核心混凝土加
105
图2FRP管材性试验装置
F i g.2M ate rial property test set-up f o r FR P t ubes
载。用5000kN四柱压力试验机加载;用位移计、导杆引伸仪和应变片量测试件的轴向变形和应变。试验装置、测点布置见图3。所有数据用I M P计算机数据采集系统自动记录。
2试验结果及分析
211试验现象
21111钢管
径厚比k
dt
大于20的钢管(管材编号5、6),轴压应
力小于018f
a (f
a
为钢管钢材的抗压屈服强度)时,应力-
应变曲线基本为线性;然后为非线性,且曲线的斜率逐渐减小;轴压应力达到f
a
时,曲线达到峰值点。钢管发生外鼓的屈曲破坏,见图5a。径厚比小于20(管材编号7)的钢管,其受压应力-应变曲线与其拉伸应力-应变曲线基本相同。达到极限强度后,钢管外鼓屈曲。3个钢
管的压应力比-应变曲线(R/f
a
-E)如图4所示。21112双壁空心管短柱
达到最大轴压力N
m ax
的60%左右时,试件的FRP管出现第一条树脂剪切裂缝(GFRP管有明显的白纹);随着轴压力增大,出现新的白纹。试件的最终破坏形态可以归纳为3类:(1)钢管径厚比小于20(管7)的试件(SC13和SC23),为F RP管纤维拉断破坏,钢管没有明显破坏;(2)钢管径厚比大于20(管5、6)、空心率为016且纤维缠绕角度为60b或80b或空心率为0174且纤维缠绕角度为80b的试件,为FRP管纤维拉断、钢管压屈破坏,SC11、SC12、SC22、SC31和SC32为此类破坏;核心加载的试件,纤维拉断发生在FRP的管端,SC41和
SC42
图3试验装置及测点布置图
F i g.3T est set-up and measure m ent po i nts of spec i m
ens
图4钢管压应力比-应变曲线
F i g.4A x ial co m pressi ve stress ratio-strai n curves
of stee l tube speci m ens
为此类破坏;(3)钢管径厚比大于20、FRP管纤维缠绕角度为60b、空心率为0174的试件(SC21),为FRP管外鼓、钢管局部屈曲的整体压屈破坏。试件的破坏形态与钢管的径厚比、试件的空心率、FRP管的约束程度和加载方式有关。试件破坏后的照片见图5。
试件的轴压力-应变曲线与其破坏形态对应,可以归纳为3种:(1)应变随轴压力的增大而增大,直至达到最大轴压力;(2)应变随轴压力的增大而增大,达到最大轴压力后,轴力保持不变,应变继续增大;(3)应变随轴压力的增大而增大,达到最大轴压力后,轴力下降,应变继
106
图5钢管和双壁空心管短柱的典型破坏形态
F i g.5Typ i ca l fa il ure modes o f stee l tubes
and doub le-skin tubu l a r stubs
续增大。
212影响因素分析
FRP管在受力过程中相继出现树脂受压剪切裂缝,此时双壁空心管和FRP约束混凝土圆柱抗压能力没有下降,FRP管的轴向刚度下降,环向约束刚度变化不大。因此,计算双壁空心管内混凝土的压应力时,采用以下基本假定:1管内混凝土承受的压力取双壁空心管承受压力与FRP管和内层钢管承受压力的差值,管内混凝土压应力取管内混凝土承受的压力与混凝土横截面面积的比值。核心加载时,FRP管不承受轴压力,不考虑其对轴向受压承载力的贡献;全截面加载时,当FRP管轴
压应力R
c,fr p 大于FRP管轴向抗压强度f
c,fr p
后,由蔡-希
尔(T sa-i H ill)强度准则[9],忽略其对轴向受压承载力的贡献,仅考虑其对核心混凝土的约束作用。o扣除内层钢管承受的压力时,假定钢管、FRP管和核心混凝土之间的相互作用不影响钢管的性能,钢管的承载力采用由本文试验得到的相同压应变下钢管承受的压力,但需考虑加载后期管内混凝土对内层钢管的支撑作用。即混凝土的支撑作用,延迟了径厚比大于20的钢管的屈曲,假定其受压应力达到屈服强度后保持不变;如21111节所述,径厚比小于20的钢管在达到极限承载力之前不会屈曲,取相应空钢管的受压应力-应变曲线。
21211FRP管内壁界面条件
SC41和SC42的钢管和空心率相同,纤维特征值接近,FRP管内壁界面分别为自然和处理。图6所示试件管内混凝土的压应力-应变曲线(R
c
-E)表明,FRP管内壁界面条件对试件承载能力和变形能力的影响不大。SC31因试验时略有偏心,导致其承载能力和变形能力与SC32的差别较大。
21212空心率
SC11和SC12、SC21和SC22的空心率分别为01
74
图6FR P管内壁界面条件的影响
F i g.6Infl uence of FRP t ube and conc rete interface conditi on
和0160。4个试件混凝土的最大压应力分别为96174M Pa和104179M Pa、47148M Pa和48172M Pa,最大压应力对应的应变分别为38739@10-6和43877@10-6、18126@10-6和55349@10-6。图7所示为试件管内混凝土压应力比-应变关系曲线(R
c
/f
c
-E),由于核心混凝土的横截面积和轴心抗压强度不同,为直观,纵轴取混凝
土压应力比,即混凝土压应力R
c
与试件混凝土轴心抗压
强度f
c
的比值,取f
c
=0176f
cu
,f
cu
为实测混凝土立方体抗压强度。结果表明,空心率小,虽然双壁空心管内混凝土的峰值压应力和峰值压应变大,但峰值压应力提高的幅度不大。
文献[10]介绍了FRP管混凝土实心圆柱的轴心抗压试验。其中,GTC3-1、GTC3-2的FRP管分别与SC11和SC12、SC21和SC22的F RP管相同,其混凝土压应力比-应变曲线也示于图7,图中括号内数字为空心率。结果表明,双壁空心管内混凝土的峰值应力和应力-应变曲线第2段直线的斜率,比FRP管混凝土实心对比圆柱(GTC3-1和GTC3-2)
略有减小。
图7空心率的影响
F ig.7In fluence o f vo i d rati o
21213FRP管的约束程度
SC11、SC21和SC32以及SC12和SC22的FRP管不同,钢管的径厚比都大于20。由表2可知,管1、2、3相
107
比,管3的约束最强,管1次之,管2最弱。FRP 约束程度对试件管内混凝土压应力比-应变关系曲线(R c /f c -E )的影响如图8所示。图8表明,试件的空心率相同时,最大压应力随着FRP 管约束程度的提高而提高;空心率大、约束程度低的试件(SC21)达到最大压应力后,压应力下降;其他试件达到最大压应力后,压应力
基本保持不变。
图8 FRP 约束程度的影响
F ig .8 In fluence o f FRP con finement deg ree
FRP 约束程度对内层钢管变形性能,即其轴向应变-环向应变曲线(E -E hs )的影响见图9,相应空钢管的轴向应变-环向应变曲线也示于图中。由变形协调和几何关系
[11]
,内层钢管的环向应变E hs =2u r /
D a ,式中,u r 为径向位移,环向应变与径向位移成正比,环向应变增加,钢管向外膨胀。从图9可以看出:1当内层钢管受压屈服以后,由于受到混凝土的径向压力,其环向应变基本保持不变,曲线有一个比相应空钢管长的平台段。然后管内混凝土以几乎不变的径向变形系数向外膨胀
[12]
,混凝
土和钢管的相互作用减小,钢管的环向应变明显增加。o加载后期,大部分试件(SC11、SC12和SC22)混凝土保持峰值应力基本不变,内层钢管的环向应变也保持常值,内层钢管和管内混凝土达到平衡。?当FRP 管的约束作用相对内层钢管较强时(SC32),内层钢管向内屈曲(环向应变为负值),可见,增大FRP 管约束程度,可以提高双壁空心管短柱的轴心受压承载力,但应根据内层钢管的刚度确定恰当的FRP 用量,否则会引起内层钢管过早地向内屈曲。?纤维缠绕角度为60b 、空心率为0174、全截面加载的试件(SC21),由于FRP 管外鼓,约束作用下降,内层钢管加载后期仍向外膨胀(环向应变继续增加),
最后钢管向外屈曲。
图9 FR P 约束程度对试件内层钢管变形性能的影响F i g .9
Inference of FRP confi ne m ent degree on de for m ati on
behav i o r o f i nner steel t ubes of spec i m ens
2.214钢管径厚比
SC11和SC13、SC21和SC23的钢管径厚比分别为
5214和1712。4个试件混凝土的最大压应力分别为96174M Pa 、11514M Pa 、47148M Pa 和74167M Pa ,对应的压
应变分别为38739@10-6和45640@10-6、18126@10-6
和59908@10-6
。内层钢管径厚比对上述试件管内混凝土压应力比-应变关系曲线(R c /f c -E )的影响如图10所示,为便于比较,FRP 管混凝土实心对比圆柱(GTC3-1和GTC3-2)的试验结果也列于图中。结果表明:1内层钢管径厚比大于20(SC11和SC21)时,双壁空心管内混凝土的峰值应力和应力-应变曲线第2段直线的斜率,比FRP 管混凝土实心对比圆柱(GTC3-1和GTC3-2)略有减小。o钢管径厚比大于20、FRP 管纤维缠绕角度为60b 、空心率k v 为0174、全截面加载的试件(SC21),加载后期由于FRP 管外鼓,约束作用下降,达到最大压应力后,压应力下降,应力-应变曲线进入下降段。?内层钢管径厚比小于20的试件(SC13和SC23),内层钢管受压屈服后,泊松比接近015,受到管内混凝土的径向压力,由于钢管的弹性模量高于约束混凝土的弹性模量(约为7倍),因此,钢管壁厚较厚(钢管径厚比小于20)时,管内混凝土受到的径向压力高于FRP 管混凝土实心对比圆柱(GTC3-1和GTC3-2)的径向压力(钢管径厚比大于20时,作用不明显),使得管内混凝土的压应力也高于FRP 管混凝土实心对比圆柱;随着压应变的增加,内层钢管进入强化阶段,其泊松比有所减小,管内混凝土受到的径向压力与FRP 管混凝土实心对比圆柱基本相同,两者
108
的压应力接近;当双壁空心管内混凝土的压应力达到FRP 管实心对比圆柱混凝土的峰值应力后,由于内层钢管的泊松比仍大于约束混凝土的泊松比(约014
[12]
),管
内混凝土受到的径向压力大于FRP 管混凝土实心对比圆柱,使得管内混凝土的应力-应变曲线沿其原有斜率发展,峰值应力和应变均高于FRP 管混凝土实心对比圆柱。?中间的孔洞由一个内层钢管支撑,FRP 管的约束效果将会提高,不过约束效果取决于内层钢管的等效弹性模量C ha =2E a t a /D a
[12]
,E a 为钢管材料的弹性模量,t a
和D a 分别为内层钢管的壁厚和外直径,由于钢材的弹性模量变化不大,因此,约束效果主要取决于内层钢管的径厚比,径厚比小,
内层钢管的约束作用强。
图10 内层钢管径厚比对管内混凝土抗压性能的影响F ig .10 Infl uence of d i ame ter -to -t h ickness rati o of i nne r stee l tube on co m pressi v e behav i o r o f DSTS concre te
内层钢管径厚比对其变形性能,即其轴向应变-环向应变曲线(E -E hs )的影响如图11所示。结果表明:1内层钢管径厚比小于20的试件(SC13和SC23),内层钢管受压屈服后,由于混凝土内壁向内膨胀,限制了内层钢管的变形,其平台段(受压应变增加,环向应变基本不变)明显较轴力作用下空钢管的平台段长;内层钢管受压强化后,其泊松比有所减小,混凝土和钢管的相互作用减小,混凝土以几乎不变的径向变形系数向外膨胀
[12]
,钢管的环向应变迅速增加;加载后期,外层FRP
管和内层钢管达到平衡,内层钢管以几乎不变的径向变形系数向外膨胀。o内层钢管径厚比大于20的试件(SC11和SC21),其轴向应变-环向应变曲线的特点已在21213节论述。21215 加载方式
SC32和SC41的钢管和空心率分别相同,FRP
约束
图11 内层钢管径厚比对试件变形性能的影响F ig .11 Infl uence of d i ame ter -to -t h ickness rati o of i nne r
steel t ube on de f o r m ati on behav i o r o f speci m ens
程度接近,混凝土立方体抗压强度差别不大,FRP 管内壁界面条件分别为处理和自然,加载方式分别为全截面加载和核心加载。图12所示试件管内混凝土压应力比-应变关系曲线(R c /f c -E )表明,FRP 管纤维缠绕角度为80b 时,加载方式对试件承载能力和变形能力的影响不
大。
图12 加载方式的影响
F i g .12 In fluence o f l oading m ethod
3 双壁空心管内混凝土受压应力-应变
关系模型
311 压应力-应变曲线的类型和表达式
双壁空心管短柱轴心抗压试验表明,双壁空心管内混凝土压应力-应变关系曲线有3种类型,如图13所示。1达到f c
cc ,fs 后,应力-应变曲线沿原有斜率仍有一定程度的发展,如SC13和SC23;o达到f c
cc ,fs 后,应变增加,应力保持不变,SC21、SC13和SC23以外的试件均属于此类;
109
?达到f c cc ,fs 后,应变增加,应力下降,如SC21。图中,f c
cc ,p 为第1种曲线的峰值应力,f c
cc ,fs 为第2、3种曲线的峰值应力,E cc ,fs 为f c
cc ,fs 对应的压应变,E c
cu 为第1、2种曲线的极限压应变。3种曲线在压应变小于等于E cc ,fs 时,除刚度略有不同外,曲线形状基本相同,压应变大于E cc ,fs 后的曲线形状差别较大。因此,使用FRP 约束圆柱混凝土两个方程的形式难以包括3种曲线类型。压应变小于等于E cc ,fs 时,采用2个方程描述3种压应力-应变曲线;压应变大于E cc ,fs 时,采用3个方程分别描述3种压应力-应变曲线,这样可以较好地拟合曲线的形状,而且方便
灵活。
图13 双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型
F i g.13 Compressive stress -stra i n re l a ti onsh i p models
o f DSTC concre te
第1种曲线为2段式,即抛物线加直线,借鉴文献[13]和文献[6]建立的FRP 约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,其表达式分别为
R c =E 1E c -(E 1-E 2,fs )4f 0,fs
E 2c (0[E c [
E tan )(1)R c =f 0,fs +E 2,fs E c (E tan [E c [E c cu
)
(2)
式中,E c 和R c 为混凝土的压应变和压应力;E 1和E 2,fs 分别为双壁空心管内混凝土的弹性模量和直线的斜率;f 0,fs 为直线在应力轴上的截距;E tan 为抛物线段与直线段相接处的应变。由本文和文献[1]、[4]的试验结果,第1种曲线的适用范围为0119[f r /f c [2121,钢管k dt 小于20。
第2种曲线为3段式,即抛物线加2段直线,其抛物线及第1直线段的方程与第一种模型的相同,见式(1)、(2),式(2)的取值范围变为(E tan [E c [E cc ,fs ),第2直线段方程为
R c =f c
cc ,fs (E cc ,fs [E c [E c
cu )(3)
由本文和文献[1]、[4]试验结果,第2种曲线适用的范围为0119[f r /f c [2121,其他适用条件为:钢管k d t 大于20、纤维缠绕角度大于等于80b ;内层钢管k dt 大于20、纤维缠绕角度等于60b 、空心率不大于016。
第3种曲线的抛物线及第1直线段的方程与第1种曲线的相同,见式(1)、(2),取值范围同第2种曲线,第2直线段方程为
R c =f c cc ,fs
-2E 2,fs (E c -E cc ,fs )(4)
第3种曲线方程的适用范围为:0119[f r /f c [
2121,钢管k dt 大于20,空心率不小于0174,纤维缠绕角度不大于60b ,加载方式为全截面加载。式(4)仅根据SC21的试验结果所得,尚需更多的试验结果加以完善。312 确定模型参数
模型参数包括:第1种曲线的峰值应力f c
cc ,p ,第2、3种曲线峰值应力f c
cc ,fs 和峰值应变E cc ,fs ,第1、2种曲线的极限压应变E c
cu ,弹性模量E 1,直线段的斜率E 2,fs 及其在纵轴上的截距f 0,fs 等。31211 确定峰值应力和峰值应变
由式(2),第1种曲线的峰值应力f c
cc ,p 可用下式计算
f c
cc ,p =f 0,fs +E 2,fs E c
cu
(5) 第2、3种曲线的峰值应力f c
cc ,fs 可按下式计算
f c
cc ,fs =K f c
cc
(6)
式中,K 为与空心率和钢管径厚比有关的系数;f c
cc 为对比FRP 约束圆柱混凝土的峰值应力,用下述方法计算
[6]
:
FPR 管约束混凝土、f r /f c [2121时,或缠绕FPR 布
约束混凝土、纤维特征值0119[f r /f c [2121时
f c
cc =[1+21911(f r /f c )-01587(f r /f c )2
]f c
(7) 缠绕FPR 布约束混凝土、f r /f c <0119时
f c
cc =[1+1154(f r /f c )]f c
(8)
文献[4]、[5]介绍了FRP 管混凝土实心圆柱和空心圆柱的对比试验研究,空心圆柱试件无内层FRP 管或钢管,可视为特殊的双壁空心管。K v 为空心率影响系数,等于FRP 管混凝土空心圆柱峰值应力f c
cc(void)和对比实心圆柱峰值应力f c
cc 的比值,即
K v =f c
cc(void)/f c
cc
(9)
分析文献[4]、[5]的试验结果,得到K v -k v 关系试验结果和拟合曲线,见图14,可得K v 的拟合表达式如下
K v =1-01349k v
(10)
式(10)的相关系数R 2
=018773。随着空心率的增大,峰值应力降低的幅度加大。不考虑失稳,当f c
cc(void)<
f c 时,取f c
cc(void )=f c 。拟合表达式(10)计算值与试验值
之比的平均值为11004,标准差为010514。
由21214节,钢管径厚比k dt 小于20时,可不考虑空心率的影响。钢管径厚比大于20的双壁空心管试件共18个,本文8个,文献[4]10个。试验表明,当钢管径厚比大于20时,双壁空心管内混凝土的峰值应力变化的幅度不大,即与双壁空心钢管混凝土类似,也可以用一个常数近似地反映内层钢管对双壁空心管内混凝土峰值应力的影响。经分析,18个双壁空心管短柱的K 平均值为01848,标准差为01059。因此,钢管径厚比k dt 大于20时,K 可近似为01848。
综上所述,钢管径厚比小于20时,可不考虑空心率的影响,取K =1;钢管径厚比大于20时,考虑空心率的
110
图14
K v -k v 关系试验结果和拟合曲线
F i g .14 T est resu lts and trend curve o f K v -k v
影响,取K =K v ,K v 按式(10)计算,当K v <01848时,取K =01848。
由几何关系,峰值应变E cc ,fs 可用下式计算
E cc ,fs
=
f c
cc ,fs -f 0,fs
E 2,fs
(11)
31212 弹性模量E 1
在抛物线段,FRP 的约束作用小,弹性模量E 1与FRP 约束圆柱混凝土的弹性模量差别不大,可用下式计算
[6]
:
缠绕FRP 布或FRP 管约束核心加载时
E 1=E c
(12a)
FRP 管约束全截面加载时
E 1=(E c +Q E c ,
frp
)/(1+Q )
(12b)
式中,E c 是普通混凝土的弹性模量,E c =105
/(212+
3417/f cu )
[14]
;E c ,
fr p
为FRP 管的轴向弹性模量;Q 为FRP
管与混凝土横截面积的比值。
31213 第1直线段的斜率及其在应力轴上的截距
第1直线段的斜率E 2采用文献[6]的公式计算,但需考虑空心率和钢管径厚比的影响(K ),按下式计算:
交叉缠绕FRP 管
E 2,
fs
=K [01012+010345(f r /f c )]E 1(13a)
缠绕FRP 布,其他层合结构FRP 管
E 2=K [01016+0108
(f r /f c )-0119]E 1(13b)
第1直线段在应力轴上的截距采用文献[6]的公式计算,但需考虑FRP 管的影响(K l ),即
f 0,
fs
=K l [1+01414(f r /f c )]f c (14)
式中,K l 为FRP 层合结构对截距应力f 0,fs 的影响系数,当为FRP 管时,取K l =1;当为FRP 布时,取K l =K 。当f 0,fs 31214 抛物线段与直线段相接处的应变 由相接处抛物线的切线的斜率与直线段的斜率相等,E tan 值可由下式计算 E tan = 2f 0,fs E 1-E 2,fs (15) 31215 第1、2种曲线混凝土的极限压应变 第1、2种曲线混凝土的极限压应变E c cu 与FRP 管的约束程度有关。图15给出了(E c cu -E cc ,fs )/E co -f r /f c 关系的试验结果和拟合曲线,得到E c cu 的表达式为 E c cu =25165-36178f r f c +14 112 f r f c 2 E co +E cc , fs (16) 式(16)的相关系数R 2 =018671。式中,E co 为无约束混凝土的峰值压应变,取01002。对采用FRP 管的双壁空心管,式(16)的适用范围为0119[f r /f c [2121;对缠绕 FRP 布的双壁空心管,E c cu =E cc ,fs 。 式(12)考虑了加载方式对E 1的影响;式(5)、(9)考虑了空心率和内层钢管径厚比对峰值应力的影响;式(13)、(14)考虑了空心率、内层钢管径厚比和FRP 层合结构对直线段斜率E 2,fs 和直线段在应力轴上截距f 0,fs 的影响,而E 2,fs 与E 1有关;由式(11)、(16),双壁空心管内 混凝土的E cc ,fs 和E c cu 均与E 2,fs 有关。 图15 (E c cu -E c c ,fs )/E co -f r /f c 关系试验结果和拟合曲线F i g .15 T est resu lts and trend curve o f (E c cu -E cc ,fs )/E co -f r /f c 4 管内混凝土压应力-应变关系模型的验证 双壁空心管短柱抗压试验的主要结果和本文模型的计算结果列于表3。表中,f c cc ,m 和E cc 为双壁空心管试件实测的峰值压应力和相应的应变值,第1种曲线的f c cc ,m =f c cc ,p ,第2、3种曲线的f c cc ,m =f c cc ,fs ,第1、2种曲线的E cc =E c cu ,第3种曲线的E cc =E cc ,fs ;f c cc ,m c 和E c cc 为双壁空 心管内混凝土峰值压应力和相应应变的计算值。模型曲线类型栏中数字为双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的类别。结果表明:除SC31因试件加载时略有偏心、导致其最大峰值压应力与计算结果误差较大外,本文模型与试验结果吻合较好。 本文模型和试验得到的部分双壁空心管试件管内混凝土压应力-应变曲线的比较如图16所示,与试验结果吻合较好。图中,管内混凝土压应力取管内混凝土承受的压力与管内混凝土横截面面积的比值,管内混凝土承受的压力由试验结果和212节的假定扣除内层钢管和FRP 管受压承载力得到。图16a 中,由于内层钢管受压屈服后,其变形受到管内混凝土的限制,其等效弹性模量C ha =2E a t a /D a [12] (E a 为钢管的弹性模量)较高,对 混凝土提供的径向压力高于对比F RP 约束混凝土圆柱,管内混凝土压应力高于FRP 约束圆柱混凝土,进入 111 图16 双壁空心管短柱内混凝土受压应力-应变曲线模型与试验结果的对比F ig .16 Com par ison bet ween proposed co m pressi ve stress -stra i n m odel and test resu lts 表3 试验值与模型计算值的比较 Tab le 3 Compa rison be t w een p roposed mode l and test resu lts 组号 试件编号试验值模型计算值计算值/试验值f 'cc ,m M Pa E cc f 'cc ,m c M Pa E c c c f 'cc ,m f 'cc ,m c E c cc E cc 模型类别1 SC11 971201038739941101041655019711082SC121051601043877941101041198018901942SC1310810010456401131001043129 1105019512 SC21471901018126481401021158110111173SC22491501055349481401054077019801982SC23691801059908 7613 01061801 1109110313SC318711 010606751131301050997 113001842SC32114150104339311512010496671101111424SC4110619010431961061701046497110011082SC42111120103920911919010408581108110425DS2A 5614010220005519010166470199017626DS2B 551001018417551901016647110201902DS3A 6816010234166619010193810197018327DS3B 6718 01023666661901019381019901822D47-B2-I 6010010223006118010209641103019428D47-B2-II 551701014500611801020964111111452D37-C2-I 551901023500 5316010169190196017229 D37-C2-II 521901018800531601016919110101902D37-C3-I 6914 01024100 6414 01018207 0193 0176 2 注:第5、6组试验结果来源于文献[1],第7、8、9组试验结果来源于文献[4]。 强化段后,其泊松比有所减小,对混凝土提供的径向压力也有所减弱,管内混凝土压应力下降,直至提供的径向压力与对比FRP 约束混凝土圆柱基本相当,管内混凝土压应力与对比FRP 约束混凝土圆柱接近,管内混凝土压应力达到对比FRP 约束圆柱混凝土峰值应力后,由于内层钢管提供的径向压力仍高于FRP 约束混凝土对比圆柱,管内混凝土压应力-应变曲线沿原有斜率仍有一定程度的上升。建立本文模型时,假定对于内层钢管径厚比小于20(等效弹性模量较高)的试件,管内混凝土压应力达到FRP 约束对比圆柱混凝土峰值应力以前,不考虑内层钢管的影响,即认为两者混凝土受到的径向压力相同,其后,其压应力-应变曲线沿原有斜率有一定的发展;因而出现在内层钢管屈服到强化阶段试验结果高于本文模型的现象。 5 结论 (1)双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP 管和内层钢管的共同约束,试件具有良好的延性。 (2)轴压力作用下,双壁空心管短柱有3种破坏形态:FRP 管的纤维拉断,钢管没有明显破坏;F RP 管的纤 维拉断(包括端部纤维拉断),钢管压屈;整体压屈。破坏形态主要与钢管的径厚比、空心率、FRP 管的纤维缠绕角度有关。 (3)F RP 管内壁界面条件对双壁空心管短柱轴压性 能的影响不大。 (4)增加FRP 约束量,可以提高双壁空心管短柱轴心抗压承载力,但应根据内层钢管的刚度确定恰当的FRP 用量。当FRP 管的约束作用相对内层钢管较强时, 会导致内层钢管过早地向内屈曲。 (5)管内中心孔洞会减小FRP 的约束作用,空心率减小,双壁空心管内混凝土的峰值应力有所增加;但空心率为0174和0160时,管内混凝土峰值应力变化的幅度不大。内层钢管会提高FRP 管的约束效果,约束效果取决于内层钢管的径厚比。 (6)钢管径厚比小于20时,可不考虑空心率对双壁 112 空心管短柱轴压性能的影响。双壁空心管内混凝土达到FRP管混凝土实心对比圆柱的峰值应力前,可近似认为其受压应力-应变曲线与FRP管混凝土实心对比圆柱相同,其后曲线沿原有斜率有一定程度的发展。 (7)F RP管纤维缠绕角度为80b时,加载方式对双壁空心管短柱轴压性能的影响不大。 (8)双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系曲线有3种类型,曲线参数与空心率、钢管径厚比、F RP管的纤维缠绕角度、纤维特征值、FRP层合结构和加载方式有关。 (9)本文建立的双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型与试验结果符合较好。 参考文献 [1]T eng J G,Yu T,W ong Y L1B ehav iour o f hybr i d FRP- concrete-steel doub le-ski n tubu lar co l u m ns[C]//T he2nd Interna ti ona l Con ference on FR P Co m po sites in C i v il Eng i neer i ng.A de l a ide,A ustrali a,2004:811-818. 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(上接第78页) 接件无法放到柱底,致使锚栓与立柱连接件处受力十分复杂,该处边立柱局部受力很大,个别墙体试件在此段立柱压溃或拉断。为此,建议把抗拔锚栓与立柱连接件放到柱底,使该处的拉力直接传给基础。 (3)本次试验带肋钢板墙体在受荷过程中出现剪切屈曲波纹且波曲变形较大(最大约10mm),建议在实际工程中,加高带肋钢板的肋高,提高板的刚度,减小其鼓出变形量。 (4)双面无板带交叉扁钢拉条支撑墙体试件由于扁钢拉条拉力在水平和竖直方向有分力,水平分力由下导轨承担,竖向分力由锚栓连接件传至边立柱承担。为提高双面无板带交叉扁钢拉条支撑墙体试件抗剪承载力,建议把锚栓与立柱连接件放到柱底使斜拉条竖直方向分力直接通过锚栓传给基础;为避免下导轨受力破坏,建议适当增加墙体下导轨厚度。 参考文献 [1]T issell J R.Struct ura l pane l shear w a lls[R].R esearch R epo rt N o.154,T acom a:Am erican P lywood A ssociati on, W A,1993. [2]Serrette R,O gunfun m i K.Shea r resistance of gypsum- shea t hed li ght-gauge stee l stud w a lls[J].Journa l of Structura l Eng i neer i ng,1996,122(4):383-389. [3]Serrette R,N guyen H,H a ll G.Shear wa ll v al ues f o r li ght w e i ght steel fra m i ng[R].R eport N o.LGSRG-3-96,Santa C l a ra,CA,USA:L i ght G auge S teel R esearch G roup, Depart m ent of C i v il Eng ineer i ng,Santa C l ara U n i versity, 1996. 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[8]日本铁鋼連盟编.薄板軽量形鋼造建築物设计N手引^ [S].日本技报堂出版,2002. 113 逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱组合连接技术 【摘 要】 xxxxx 广场工程逆施结构与正施型钢混凝土组合结构中采用了“逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱组合连接技术”，解决了窄间隙下逆施混凝土梁筋与正施型钢柱连接钢筋不同心、钢筋无伸缩的连接难题，为正逆施粗直径钢筋连接、特别是正施结构采用型钢混凝土组合结构钢筋连接技术作出了成功的探索。 【关键词】 可焊接套筒 熔槽帮条焊 型钢混凝土组合结构 钢筋连接 正逆施 前言：随着施工技术的发展，高层建筑越来越多,鉴于逆作法施工在工程周期方面的优势、型钢混凝土组合结构在抗震、防火及造价方面的优势，逆作法施工工艺及型钢混凝土组合结构在高层、超高层建筑中应用越来越多。而高层、超高层结构中混凝土梁配筋量大、钢筋排数多、钢筋间距较小，加之结构体系抗震等级高，钢结构体系不允许开洞，且正逆施连接部位空间较小，如何实现逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱的合理连接，成为此类工程施工的难点。 1 工程概况 xxxx 广场工程包含1栋办公楼，3栋公寓楼及商业裙楼，设有4层地下室。1栋办公楼及3栋公寓楼为超高层建 筑，办公楼共53层，总高度258m ；A 、 B 、 C 三栋公寓分别为57层、53层、 49层，总高度分别为191m 、179m 、 168m 。工程抗震设防烈度为7度，主 体结构抗震等级为特一级或一级。 本工程地下结构采用敞开式逆作法施工工艺，逆施结构与正施结构 型钢柱间距最小为600mm 如图1所 示。由于抗震等级高，与型钢柱连接 的逆施混凝土梁钢筋直径大（最大达ф32）、排数多（大部分为3排），为保证结构的整体性，设计禁止在型钢柱上开洞，要求梁钢筋与型钢柱连接采用机械连接方式直接连接。 图1 逆施混凝土与正施型钢柱对接平面图 钢框架梁柱连接节点构造，图文并茂 2015-11-27 09:41 专业分类：建筑结构浏览数：23759 1. 梁与柱的连接 梁与柱刚性连接的构造，形式有三种。 （1）梁翼缘、腹板与柱均为全熔透焊接，即全焊接节点； （2）梁翼缘与柱全熔透焊接，梁腹板与柱螺栓连接，即栓焊混合节点； （3）梁翼缘、腹板与柱均为螺栓连接，即全栓接节点； （1）工字形梁与工字形柱或箱形柱刚性连接的细部构造: 已知：柱子采用热扎H 型钢，截面为HW250×250×9×14，轴心压力设计值为1650KN ，柱脚钢材选用Q235，焊条为E43型。基础混凝土强度等级为C15，f c =7.5N/mm 2。 解：选用带靴梁的柱脚，如下图所示。 1． 底板尺寸 锚栓采用d =20mm ，锚栓孔面积A 0约为5000mm 2，靴梁厚度取10mm ，悬臂C = 4d ≈76mm ，则需要的底板面积为： 43 0105.2250005.7101650?=+?=+=?=A f N L B A c mm 2 B = a 1+2t + 2c = 278 + 2 (10+76) = 450mm 500450 105.224 =?==B A L mm 采用B ×L = 450×580。 底板承受的均匀压应力： 45.65000 5804501016503 0=-??=-?=A L B N q N/mm 2 四边支承板（区格①）的弯矩为： b /a = 278/190=1.46，查表8.6.1，α = 0.0786 2M q a α=??=0.0786×6.45×1902=18302 N·mm 三边支承板（区格②）的弯矩为 b 1/a 1=100/278=0.36，查表8.6.2，β = 0.0356 21M q a β=??=0.0356×6.45×2782 = 17746N·mm 悬臂板（区格③）的弯矩为： 186287645.62 12122=??=?=c q M N·mm 各区格板的弯矩值相差不大，最大弯矩为： 18628max =M N.mm 底板厚度为： t ≥3.23205 1862866max =?=?f M mm 取底板厚度为24mm 。 2．靴梁与柱身间竖向焊缝计算 连接焊缝取h f = 10mm ，则焊缝长度L w 为： 3 165010368mm 6040.740.710160 w w f f N L h f ?=== 钢与混凝土组合结构 随着我国经济得快速发展,各种新得结构型式不断涌现。其中刚与混凝土组合结构越来越受到大家得重视,由于组合结构具有许多突出得优点,高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建,各种型式组合结构逐渐被广泛应用。组合结构已经与钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。一、压型钢板与混凝土组合板。压型钢板与混凝土组合板就是在压成各种形式得凹凸肋与中形式槽纹得钢板上浇注混凝土而制成得组合板,依靠凹凸肋及不同得槽纹使钢板与混凝土组合在一起。 压型钢板安琪在组合楼板中得作用可分为三类、第一类,以压型钢板作为楼板得主要承重构件,混凝土只就是作为楼板得面层以形成平整得表面及起到分布荷载得作用。第二类,压型钢板只作为混凝土得永久性模板,并作为施工时得操作平台。第三类,就是考虑组合作用得压型钢板混凝土组合结构。 其优点在于:１、节省大量木模板及其支撑。２、压型钢板非常轻便,因此堆放、运输及安装都非常方便。3、压型钢板在使用阶段,因其与混凝土得组合作用,还可代替受拉钢筋、４、组合楼板具有较大得刚度,省却许多受拉区混凝土,使组合楼板得自重减轻。5、便于铺设通信、电力、采暖等管线。6、压型钢板作为浇注混凝土得模板直接支撑于钢梁上,而且为各种作业提供了宽广得工作平台,大大加快了施工得进度,缩短了工期。7、压型钢板可直接作顶棚、8。与木模相比,压 型钢板组合楼板施工时,减小了发生火灾得可能性。 二、组合梁。将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。组合梁根据混凝土板与钢梁组合连接程度可分为完全剪切连接组合梁与部分剪切连接组合梁;两大类。 组合梁充分发挥了混凝土与钢材得有利性能,因此具有以下优点:1、混凝土板成为组合梁得一部分,比按非组合梁考虑,承载力显著提高。 2、比非组合梁得竖线刚度侧香刚度都明显提高。 3、混凝土与钢梁两种材料都能充分发挥各自得产出,受力合理,节约材料、４、明显得提高了钢梁得整体与局部得稳定性。5、降低梁高与房屋高度。6、大量节约钢材及降低整个工程造价。 三、型钢混凝土结构。型钢混凝土结构就是在混凝土中主要配置型钢,也有构造钢筋及少量受力钢筋。配钢得形式可分为实腹式型钢与空腹式型型钢两大类、实腹式配钢主要工字钢、槽钢、H型钢等。空腹式配钢就是由角钢构成得空间桁架式得骨架。 其优点在于:１、由于截面中配置了型钢,使构件承载力、刚度大大提高,因而大大减小了构件得断面尺寸,明显增加了房间得使用面积,也使房间中得设备、家具更好布置、2、由于梁截面高度得减小,增加房间净空,或降低了房屋得层高与总高。强度、刚度得显著提高,使其可以运用于大跨、重荷、高层、超高层建筑中。3、型钢混凝土结构不仅强度、刚度明显增加,而且延性获得很大得提高,从而成为一种抗震性能很好得结构,所以尤其适用于地震区。4、比起钢结构建筑,采用型钢混凝土不仅节省了大量得钢材,降低了造价,而且避免了钢结 混凝土柱实腹钢梁单层厂房设计 {PKPM官方解答｝： 柱采用混凝土柱，屋面为轻型屋面体系，屋面梁采用实腹钢梁，这类结构体系在近几年国内的实际应用中较为常见。由于混凝土柱与钢梁的连接处理难以达到刚接连接，因此梁柱的连接一般采用铰接连接形式，而一般门式刚架结构边刚架柱与梁的连接均采用刚接连接形式，由于连接形式的不同，致使这种体系单榀刚架的受力截然不同于一般的门式刚架，设计时不能简单的把门式刚架的钢柱替换为混凝土柱，应根据这类结构体系的特殊性有针对的进行设计。应用STS软件，进行这类结构的设计，需要注意一下问题： 1)建议的连接形式：混凝土柱与钢梁采用铰接连接，混凝土柱底采用刚接，多跨情况下的中间混凝土柱与钢梁的连接采用钢梁连续，混凝土柱铰撑于钢梁底面； 2)这类结构已经超出门规的使用范围，结构类型应选择“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且选择了地震作用计算，程序会自动按照抗震规范第九章关于单层钢结构厂房的规定进行控制；混凝土柱应按混凝土结构设计规范进行设计，满足混凝土结构设计规范相应要求，钢梁应满足钢结构设计规范相关要求，当采用工形变截面梁时，建议梁构件承载力的校核采用按门式刚架规程进行校核，以考虑轴力的影响与变截面梁的稳定计算，但局部稳定应满足钢结构设计规范、抗震规范的要求；挠度控制，考虑到所采用的轻型屋面体系对钢梁挠度不是非常敏感，在有经验的情况下可较钢结构设计规范的挠度控制指标（L/400）适当放宽；3)单榀的设计时，应采用混凝土柱与钢梁整体建模分析。钢梁对混凝土柱的约束反力与混凝土柱本身的刚度是直接相关的，为反映真实的内力情况，应该进行整体分析，并以整体分析的结果来设计基础、混凝土柱的配筋与钢梁。把它们割裂开来分别进行设计，往往使设计结果带来不安全的隐患：如果在柱与基础设计时，没有考虑屋面斜钢梁对柱的推力，会导致柱配筋与基础的设计严重偏小，按这种方式设计的结构在安装过程中就有可能出现基础被翘起、混凝土柱顶位移过大、柱身出现裂缝、钢梁挠度过大等问题。而在分析钢梁时，把钢梁两端视为固定铰支座或建两根很短的下端刚接柱作为支座都会夸大混凝土柱对钢梁的约束作用，导致钢梁轴力增大、跨中弯矩减小、挠度减小等不真实情况，这时往往会出现安装后的钢梁的挠度要大于计算挠度、钢梁有可能整体屈服失稳、局部压屈等不安全问题；整体分析时，分析模型要与连接构造处理相对应。混凝土柱与钢梁的铰接连接处理一般存在三种连接构造处理： ①完全抗剪连接构造，这种连接构造能够把梁端的推力以剪力的方式完全传递给混凝土柱； ②完全滑移连接构造，这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶自由滑移，梁端的推力由于相对的滑移而释放，作用力不传递给混凝土柱； ③介于以上二者之间的部分滑移连接构造，这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶有一定的滑移量，梁端的推力由于相对的滑移而部分释放，剩余作用力以剪力的方式传递给混凝土柱。在STS软件中，可以设置以上三类混凝土柱托梁的连接形式，并可以绘制对应的施工图处理。 钢结构考试题（第四章大题） 4.3.1 请验算图示轴心受压型钢柱：静力荷载标准值N=700KN ，荷载分项系数γ=1.2，其计算长度l ox =8m ，l oy =1.7m ，[λ]=150，钢材为 Q235AF ，f =215N/mm 2，柱采用I28a ，梁高为280mm ，梁宽为122mm ，A=5545mm 2，I x =71.14×106mm 4，I y =3.45×106mm 4. 解：（1） 绕x-x 整体稳定 i x = mm 27.113x =A I λx = 63.7027 .1138000i l x ox == 该截面绕x 轴为a 类，查表得?x =0.835 2 2 3 21542.1815545 835.0107002.1mm N f mm N A N =<=???= ? （2） 绕y-y 轴整体稳定 i y = mm 94.24y =A I λy = 16.6894 .241700i l y oy == 该截面绕y 轴为b 类，查表得：761.0y =? 2 3 mm 06.1995545 761.0107002.1N A N =???= ? ＜ 2 215mm N f = （３）刚度 λx ＜[]λ，λ ｙ ＜[]λ （４）型钢局部稳定一般不必验算。 4.3.2 有一轴心压杆，材料为Q345A ，设计压力为1400KN ，两主轴方向的计算长度分别为 l ox 3m =， l oy =6m ，截面为两个不等肢角钢短肢相并（见习题图 4.4.6）。已知i x 3.52cm =，i y 9.62cm =，总截面面积A=99.478cm 2，验算该杆的整体稳定性。 解： 23.852 .353000i l x ox x === λ 37.622 .966000i l y oy y == = λ 23.85x m ax ==λλ 属b 类截面，查表得：535.0=? 2 2 2 3 mm 315f mm 1.26310 478.99535.010 1400N N A N =?=???= ? 经上述计算，该杆整体稳定保证。 4.3.3轴心受压柱，轴心压力设计值（包括自重）为3000kN ，两端铰接。钢材为Q235钢，要求确定底板尺寸B 及靴梁高度h 。已知：基础混凝土局部承压强度设计值2 /8mm N f c =，底板单个锚栓孔径面积2 0594mm A =，靴梁厚度2 14mm 与柱焊接角焊缝 2 /160,10mm N f mm h W f f == 解： mm B mm B mm A f N B c 620,3.613,37618825948 10 300022 3 02 ===?+?= ?+≥ 取得 靴梁计算： 靴梁受到的均布反力mm N q /1042.2620 21030003 3 ?=??= 靴梁与柱焊接处弯矩、剪力最大，此时， N V N V N V mm N M 3m ax 3 3 3 3 37 2 3 103871038710 36310 4 3000103631501042.21072.2150 102 42.2?=?=?-?= ?=??=??=??= 或 根据靴梁与柱的焊缝连接，需要靴梁的高度h 为： 钢与混凝土组合结构期末复习指导 考核方式：本次考试为闭卷考试，考试时间120分钟，期末考试成绩占总成绩的80%。考试题型分填空、选择、简答、计算等。考试内容不超出大纲及教材内容。 考核内容及要求 第一章概述 1.了解组合结构的形式和分类，掌握组合结构的特点，组合板，组合梁，组合楼盖及组合柱的优点和制约因素； 2.了解组合结构的发展历史及应用情况。 重点：组合结构的类型、特点、制约因素； 难点：各种组合结构的特点； 复习题：思考题1.1、1.3、1.4、1.5 第二章组合结构材料与基本设计原则 1.掌握钢材的常用钢号，压型钢板钢材应符合的性能要求，常用钢材的物理性能，了解组合结构中的混凝土构件采用的钢筋级别和强度指标。 2.掌握混凝土的强度等级和强度设计值，了解普通混凝土和高强混凝土的应力－应变曲线的特点。 3.理解结构连接的常用三种方法，焊接连接、螺栓连接和抗剪连接件。 4.理解极限状态设计法的设计表达式，承载力极限状态和正常使用极限状态的设计表达式。组合结构应该满足要求。 重点：组合结构对材料的要求，极限状态的设计表达式； 复习题：思考题2.1、2.2、2.3、2.6 第三章钢－混凝土组合板 1.了解常用的钢－混凝土组合板的概念和种类；理解各自的优缺点，应用范围及现状； 2.了解压型钢板组合板的材料规格和组合方法，理解受力特点，熟练掌握压型钢板与混凝土组合板的设计原则；组合板两个阶段的荷载，内力分析，组合板极限状态验算的公式和截面。熟练掌握组合板正截面受弯承载力的计算，掌握组合板的斜截面受剪承载力，受冲切承载力，叠合面的受剪承载力验算。掌握组合板的挠度验算。了解压型钢板组合板的构造要求。 3.理解组合板的构造要求及施工要点。 掌握组合梁的工作原理，掌握组合梁的内力计算方法，了解组合梁的截面尺寸的一般要求和规定。重点：组合板与非组合板的区别，压型钢板与混凝土组合板的设计原则和方法； 难点：压型钢板与混凝土组合板的设计方法； 复习题：例3.1、3.2；思考题3.1、3.3、3.4、3.8；习题3.9 第四章抗剪连接件设计 1.了解抗剪连接件的形式和分类； 2.掌握抗剪连接件的承载力，掌握确定承载力的试验方法，掌握影响承载力的因素； 3.掌握抗剪连接件的承载力计算； 4.理解抗剪连接件的设计方法，分弹性和塑性分析方法。 5.了解抗剪连接件的构造要求。 重点：影响承载力的因素、抗剪连接件设计的弹性方法和塑性方法。 复习题：思考题4.1、4.2、4.6、4.7、4.8、4.11； 第五章钢与混凝土组合梁设计 1.了解组合梁的基本概念和分类，理解组合梁的受弯特点， 2.了解组合梁的稳定性分析，整体稳定和局部稳定。 3.掌握简支组合梁的弹性设计方法：了解组合梁的截面尺寸的一般要求和规定，掌握内力计算的基 钢结构识图方法 识图方法 一、投影及三视图 三视图：正视图（上左）、侧视图（上右）、俯视图（下） 三视图在使用是不一定完整，可能只出现其中两个。 有剖视符号的情况下，按照符号所示方向看物体，无剖视符号时，一般习惯的看图方向是： 侧视图在正视图的右侧时，表示是站在正视图中物体的右侧向左看； 侧视图在正视图的左侧时，表示是站在正视图中物体的左侧向右看； 俯视图表示从上向下看到的正视图中的物体 看图方向的正确至关重要，决定了装配方向的正确与否，由于详图绘制人员的个体差异，选择表达方式上会有所差异，需要在图面上相互印证，如有不一致处及时和制图人员沟通确认。 二、剖面符号和断面符号 1.断面符号 表示从符号处剖开看到的断面，不表示断面后方的其他东西； 2.剖面符号 表示从符号处剖开看到的断面及断面后方的其他东西； 3.在钢构详图中，断面符号和剖面符号使用上有些随意，是因为功能上比较接 近，着重表达的是看物体的方向。 看物的方向是从粗线朝文字的方向看。粗线表示人的眼睛，文字表示看的朝向。 三、索引符号及节点符号 1.不带剖视方向的索引 左边为索引，右边为对应的节点，表示将圈画中的部分放大绘制细节。中的字母a表示参看节点，底下的“—”表示“在本图中”，如果节点详图不在本图中，就写对应的图纸编号，比如“详图-09”或“09”等。 有时也直接索引出来后直接放大，不用到节点符号，如下图： 2.带剖视符号的索引 与剖(断)面符号类似，看物的方向是从粗线朝细线的方向看。粗线表示人的眼睛，细线表示看的朝向。 四、对称符号 五、 焊缝符号 * 1. 焊缝基本符号（常用）：表示焊缝横截面形状的符号 序号 名称 示意图 符号 1 卷边焊缝 2 I 形焊缝 3 V 形焊缝 4 单边V 形焊缝 5 带钝边V 形焊缝 带钝边单边V 形焊缝 6 角焊缝 7 塞焊缝或槽焊缝 2. 辅助符号：表示焊缝表面形状特征的符号 序号 名称 示意图 符号 说明 1 平面符号 焊缝表面齐平 （一般通过加工） 钢结构的符号表示法 在钢结构工程中，不管是建造单层轻钢门式结构的厂房，还是网架工程，都要预先绘制出能够完整表达这些建筑物的图样，然后才能按此图样进行施工活动，这个图样就是建筑工程图，它是建筑工程上通用的技术语言。在钢结构工程中，为了把许多局部构造和施工要求表达清楚，往往对建筑的细部、零部件等用较大的比例画出来，这种图样就是施工详图。 对钢结构工程进行质量控制，就要首先对详图上的标注符号有一个明确的了解。 一、尺寸线与投影 １尺寸线的标注 钢结构详图的尺寸由尺寸线、尺寸界线、尺寸起止符号所组成。尺寸单位除标高以ｍ为单位外，其余尺寸均以ｍｍ为单位，且尺寸标注时不再书写单位。钢结构构件详图中的尺寸线，一个构件基本上为三道尺寸线，由内向外依次是加工尺寸线、装配尺寸线和安装尺寸线，如图１。 图1构件详图的尺寸标注 但是当详图中构件图形相同，仅零件布置或构件长度不同时，也可用一个构件图形及多道尺寸线来表示１、２、３等多个构件，但最多不得超过５个。 当构件图形相同，仅零件布置或构件长度不同时，可用一个构件图形及多道尺寸线来表示Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等多个构件，但是最多不能超过５个。 ２符号及投影 在钢结构详图上，常用的符号主要有剖面符号、剖切符号、对称符号等，同时还有利用自然投影表示构件的上下位置及侧面的图形，如图２所示。 图２剖面剖切及投影 １—剖面符号２—剖切符号３—右侧投影４—上侧投影５—对称符号６—断开符号 在图２中，用粗实线表示构件主视图中无法看到或表达不清楚的截面形状及投影层次关系的符号则称为剖面符号，编号所用的字体应比详图中的数字粗大一号，如图２中的１。在图中，用粗线只表示剖切处的截面形状而不作投影的符号称作剖切符号，如图２中的２。图２中的５，因构件图形是中心对称的，所以只画出该图形的一半，并在其对称轴线上标注出的符号称为对称符号。 图３是一种连接符号。当构件Ｂ与构件Ａ只有一端不相同时，则可在构件Ａ图形上某一位置加旗号连接符号，再将构件Ｂ中与构件Ａ不同的部位以连接 符号为基线绘出来，成为构件Ｂ。 图３连接符号 １—构件Ａ２—连接符号３—构件Ｂ 二、焊缝符号表示法 １基本规定 （１）焊缝符号表示的准则 在制图时，焊缝符号的绘制方法，不是以焊缝的形式进行放大或缩小，而是以简便易行，能形象化地、清晰地表达出焊缝形式的特征为准则。根据这个准则，焊缝基本符号的画法主要是： １）Ｖ形坡口、Ｖ形坡口的Ｖ形符号夹角一律为９０°，与坡口的实际角度及根部间隙的大小无关； ２）单边形坡口焊缝符号的垂线一律在左侧，斜线或曲线在右侧，不随实际焊缝的位置状态而改变；３）角焊缝符号的垂线亦一律在左侧，斜线在右侧，与斜缝的实际状态无关。 （２）焊缝的指引线 第三章 轴心受力构件 本章的意义和内容：在设计以承受恒荷载为主的多层房屋的内柱及桁架的腹杆等构件时，可近似地按轴心受力构件计算。轴心受力构件有轴心受压构件和轴心受拉构件。本章主要讲述轴心受压构件的正截面受压承载力计算、构造要求，以及轴心受拉构件的受拉承载力计算等问题。 本章习题内容主要涉及： 轴心受压构件——荷载作用下混凝土和钢筋的应力变化规律；稳定系数?的确定；配有纵筋及普通箍筋柱的强度计算；配有纵筋及螺旋形箍筋柱的强度计算；构造要求。 轴心受拉构件——荷载作用下构件的破坏形态；构件的强度计算。 一、概 念 题 （一）填空题 1. 钢筋混凝土轴心受压构件计算中，?是 系数，它是用来考虑 对柱的承载力的影响。 2. 配普通箍筋的轴心受压构件的承载力为u N = 。 3. 一普通箍筋柱，若提高混凝土强度等级、增加纵筋数量都不足以承受轴心压力时，可采用 或 方法来提高其承载力。 4. 矩形截面柱的截面尺寸不宜小于 mm 。为了避免矩形截面轴心受压构件长细比过大，承载力降低过多，常取≤l 0 ，≤h l 0 （0l 为柱的计算长度，b 为矩形截面短边边长，h 为长边边长）。 5.《混凝土结构设计规范》规定，受压构件的全部纵筋的配筋率不应小于 ，且不宜超过 ；一侧纵筋的配筋率不应小于 。 6.配螺旋箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件的正截面受压承载力为 sso y s y cor c u 2(9.0A f A f A f N α+''+=），其中，α是 系数。 （二）选择题 1. 一钢筋混凝土轴心受压短柱，由混凝土徐变引起的塑性应力重分布现象与纵筋配筋率ρ'的关系是：[ ] a 、ρ'越大，塑性应力重分布越不明显 b 、ρ'越大，塑性应力重分布越明显 c 、ρ'与塑性应力重分布无关 d 、开始，ρ'越大，塑性应力重分布越明显，但ρ'超过一定值后，塑性应力重分布反 型钢混凝土组合结构构件的计算 【摘要】总结了承载能力极限状态下型钢混凝土组合梁、柱的正截面、斜截面的计算要点，再简要介绍了型钢混凝土梁柱节点、剪力墙的计算要点。 【关键词】型钢混凝土组合梁;型钢混凝土组合柱;型钢混凝土剪力墙;承载能力极限状态;正截面计算;斜截面计算;组合结构 0.概述钢筋混凝土结构容易出现开裂，普通重型钢结构民用建筑中含钢量高导致造价高和容易出现几何非线性的失稳和屈曲，将这两种结构从构件层次上通过剪力件进行组合，形成型钢混凝土组合结构可以很好的解决以上两种结构形式的缺点。我国从20世纪50年代开始应用型钢混凝土结构，但研究起步较晚。到了80年代初中国才有组织的进行对SRC结构的系统研究，全国许多单位对型钢混凝土结构构件（包括梁、柱、节点等）的承载力、刚度、裂缝以及延性进行了试验，依据试验结果进行了有关设计理论与计算方法的研究。1997年参照日本规程，原冶金部编制并颁发了《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082－97），2002年建设部又颁发了《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138－2001）。我国现采用的SRC结构计算方法是根据《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138－2001）基于钢筋混凝土结构的计算方法。型钢混凝土结构是由混凝土包裹型钢做成的，也是钢与混凝土组合的一种新型结构。过去，我国对这种结构的名称叫法不一致，有的称之为劲性钢筋混凝土结构，有的称之为钢骨混凝土结构。2002年建设部发布了《型钢混凝土组合结构技术规程》，将型钢混凝土组合结构(Steel Reinforced Concrete Composite Structure)定义为混凝土内配置轧制型钢或焊接型钢和钢筋的结构，简称SRC结构。型钢混凝土可以做成多种构件，更能组成各种结构，它可代替钢筋混凝土结构和钢结构应用于各类建筑和桥梁结构中。我国对型钢我国《规程》对型钢混凝土组合梁的计算方法是在钢筋混凝土的计算方法基础上进行考虑的，本文重点旨在对常见型钢混凝土组合构件的承载能力计算状态进行归纳总结。 1.型钢混凝土组合梁的计算1.1正截面受弯计算型钢混凝土框架梁，其正截面受弯承载力应按下列基本假定进行计算：(1)截面应变保持平面。(2)不考虑混凝土的抗拉强度。(3)受压边缘混凝土极限压应变?着■取0.003，相应的最大压应力取混凝土轴心抗压强度设计值f■，受压区应力图形简化为等效的矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的中和轴高度乘以系数0.8，矩形应力图的应力取为混凝土轴心抗压强度设计值。(4)型钢腹板的应力图形为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等效矩形应力图形；钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。受拉钢筋和型钢受拉翼缘的极限拉应变?着■取0.01。根据中和轴的位置型钢截面可以分为三种情况，即第一种情况，中和轴在型钢腹板中通过；第二种情况，中和轴部通过型钢；第三种情况，中和轴恰好在型钢受压翼缘中通过。这三种情况在规范中通过M■,N■控制。型钢截面为充满型实腹型钢的型钢混凝土框架梁 3.小结I.对于型钢混凝土结构而言，目前我国规程计算理论趋于成熟，完全 型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点施工工法 广西建工集团第一建筑工程有限责任公司 唐光暹郑毅成翠艳葛智超黄扬 1.前言 型钢混凝土结构是一种内配型钢的组合结构，它综合了钢筋混凝土结构及钢结构的特点，能充分发挥钢结构和钢筋混凝土结构各自材料的优点，具有承载力高，延性好，抗震性能优越等优点，成为结构工程领域重要的研究方向并在工程建设中广泛应用。 型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点是一种新型组合节点形式，国内外均未见相关文献报道。该类节点复杂，型钢的吊装定位、节点核心区钢筋绑扎、混凝土的浇筑工艺均不同于普通的钢筋混凝土节点，也与常规型钢混凝土梁柱节点有所区别。我们知道，节点是有效连接梁、柱构件并使二者共同工作的重要部分，其施工质量直接影响到整个结构的安全性，该节点的施工工艺将是施工控制的重点。 我公司在施工四川省南充市泰合·青年城项目过程中，通过优化创新、方案改革，总结了型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点施工方法。采用本工法，该工程节点施工质量满足设计要求，缩短工期，节约成本。表明本工法可推广性强，在跨度大的转换层结构及类似工程领域具有广泛的应用前景。 2.工法特点 2.1 应用CAD三维建模技术，优化型钢梁开孔位置及节点区内钢筋精确定位排布，提高型钢梁加工制作的准确性。 2.2型钢梁构件实行工厂化制作，避免了现场纠偏、补开孔的工作量，保证构件尺寸、精度及开孔位置的准确，保证了柱纵向受力钢筋能准确、顺利的穿过型钢梁。 2.3 对节点区自密实混凝土进行试配，并根据试验最终确定自密实混凝土工作性控制参数范围，保证了节点区混凝土的质量。 2.4充分利用梁内型钢的结构刚度进行梁支撑系统的设计计算，梁侧模板需设对拉螺栓时，可在型钢梁腹板上设耳板，将其固定于耳板上，耳板应在钢结构深化设计时考虑并在工厂加工时完成。 2.5本工法具有施工简单、快捷、易于掌握，施工综合费用低等特点，保证了质量和施工进度，有较高的应用推广价值。 3.适用范围 型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点是型钢混凝土结构中的一种新型节点形式。本工法适用于型钢混凝土梁柱节点的施工，也适用于型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁、柱相交的结构体系。 钢结构节点详图制图方法的探索 1 引言 节点是钢结构设计中的重要组成部分，独立的钢结构构件通过节点连接形成结构。因此在钢结构施工图设计中节点详图也占据了很大的比例。然而，传统钢结构节点详图的绘制存在大量的重复工作。笔者作为一名钢结构设计人员，针对上述问题，经过长期探索，特此提出一种新的制图方法：“示意图+表格”，经实践检验证明该方法简捷、明确。 2 传统节点详图做法 通常的节点设计包括柱脚节点、柱柱拼接节点、梁柱节点、梁梁节点等。节点详图中所反映的是与钢结构构件连接相关的所有信息，其中包括构件截面、构件相对位置、连接方式、焊缝形式、焊角尺寸、螺栓种类、螺栓数量、开孔位置、孔径大小、节点板尺寸、节点板厚度、加强板尺寸等。如图1所示： 14a 1-1 图1 传统梁柱节点图 图1是用传统做法完成的一个梁柱节点图。梁柱都是H型钢，通过栓焊混合的方式进行连接。图中包含了所有与此连接相关的信息，将这种连接方式反映得很清楚。但是这个图只反映了某一特定位置的连接信息，如果在其它位置相同的连接形式下，图中任何参数发生变化，就会产生出新的节点图。 虽然通常钢结构设计过程中最后都要做标准化设计，但是出于工程造价等因素的考虑一般情况下不会将构件形式和截面尺寸归并得太过统一，而且即使是相同的构件由于受力情况不同其节点设计也要做出相应的调整，所以就加大了节点详图绘制的工作量。尽管在实际绘制过程中制图人员可以通过复制已完成的类似图形并加以修改来减少工作量，但是当需要修改的内容较多时操作起来也难免会有疏漏而致使详图发生错误。所以每次的钢结构施工图绘制过程中节点详图的绘制都要花费很多的时间和精力。 3 节点详图新制图方法 钢与混凝土组合结构 随着我国经济的快速发展，各种新的结构型式不断涌现。其中刚与混凝土组合结构越来越受到大家的重视，由于组合结构具有许多突出的优点，高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建，各种型式组合结构逐渐被广泛应用。组合结构已经和钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。一、压型钢板与混凝土组合板。压型钢板与混凝土组合板是在压成各种形式的凹凸肋与中形式槽纹的钢板上浇注混凝土而制成的组合板，依靠凹凸肋及不同的槽纹使钢板与混凝土组合在一起。 压型钢板安琪在组合楼板中的作用可分为三类。第一类，以压型钢板作为楼板的主要承重构件，混凝土只是作为楼板的面层以形成平整的表面及起到分布荷载的作用。第二类，压型钢板只作为混凝土的永久性模板，并作为施工时的操作平台。第三类，是考虑组合作用的压型钢板混凝土组合结构。 其优点在于：1、节省大量木模板及其支撑。2、压型钢板非常轻便，因此堆放、运输及安装都非常方便。3、压型钢板在使用阶段，因其和混凝土的组合作用，还可代替受拉钢筋。4、组合楼板具有较大的刚度，省却许多受拉区混凝土，使组合楼板的自重减轻。5、便于铺设通信、电力、采暖等管线。6、压型钢板作为浇注混凝土的模板直接支撑于钢梁上，而且为各种作业提供了宽广的工作平台，大大加快 了施工的进度，缩短了工期。7.压型钢板可直接作顶棚。8.与木模相比，压型钢板组合楼板施工时，减小了发生火灾的可能性。 二、组合梁。将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。组合梁根据混凝土板与钢梁组合连接程度可分为完全剪切连接组合梁和部分剪切连接组合梁；两大类。 组合梁充分发挥了混凝土和钢材的有利性能，因此具有以下优点：1、混凝土板成为组合梁的一部分，比按非组合梁考虑，承载力显著提高。2、比非组合梁的竖线刚度侧香刚度都明显提高。3、混凝土与钢梁两种材料都能充分发挥各自的产出，受力合理，节约材料。4、明显的提高了钢梁的整体与局部的稳定性。5、降低梁高和房屋高度。 6、大量节约钢材及降低整个工程造价。 三、型钢混凝土结构。型钢混凝土结构是在混凝土中主要配置型钢，也有构造钢筋及少量受力钢筋。配钢的形式可分为实腹式型钢和空腹式型型钢两大类。实腹式配钢主要工字钢、槽钢、H型钢等。空腹式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架。 其优点在于：1、由于截面中配置了型钢，使构件承载力、刚度大大提高，因而大大减小了构件的断面尺寸，明显增加了房间的使用面积，也使房间中的设备、家具更好布置。2、由于梁截面高度的减小，增加房间净空，或降低了房屋的层高与总高。强度、刚度的显著提高，使其可以运用于大跨、重荷、高层、超高层建筑中。3、型钢混凝土结构不仅 GJ钢架；GL钢架梁或GJL钢架梁；GZ钢架柱或GJZ钢架柱；XG系杆；SC水平支撑；YC隅撑；ZC柱间支撑；LT檩条；TL托梁；QL墙梁；GLT刚性檩条；WLT屋脊檩条；GXG刚性系杆；YXB压型金属板；SQZ 山墙柱；XT斜拉条；MZ门边柱；ML门上梁；T拉条；CG撑杆；HJ 桁架；FHB复合板；YG压杆或是圆管（从材料表中分别）；XG系杆；LG拉管；QLG墙拉管；QCG墙撑管；GZL直拉条；GXL斜拉条； GJ30-1跨度为30m的门式刚架，编号为1号 一.钢结构 1钢结构设计制图分为钢结构设计图和钢结构施工详图两阶段。 2钢结构设计图应由具有设计资质的设计单位完成，设计图的内容和深度应满足编制钢结构施工详图的要求；钢结构施工详图（即加工制作图）一般应由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位完成，也可由具有该项资质的其他单位完成。 注：若设计合同未指明要求设计钢结构施工详图，则钢结构设计内容仅为钢结构设计图。 3钢结构设计图 1）设计说明：设计依据、荷载资料、项目类别、工程概况、所用钢材牌号和质量等级（必要时提出物理、力学性能和化学成份要求）及连接件的型号、规格、焊缝质量等级、防腐及防火措施； 2）基础平面及详图应表达钢柱与下部混凝土构件的连结构造详图；3）结构平面（包括各层楼面、屋面）布置图应注明定位关系、标高、 构件（可布置单线绘制）的位置及编号、节点详图索引号等；必要时应绘制檩条、墙梁布置图和关键剖面图；空间网架应绘制上、下弦杆和关键剖面图； 4）构件与节点详图 a）简单的钢梁、柱可用统一详图和列表法表示，注明构年钢材牌号、尺寸、规格、加劲肋做法，连接节点详图，施工、安装要求。 b）格构式梁、柱、支撑应绘出平、剖面（必要时加立面）、与定位尺寸、总尺寸、分尺寸、分尺寸、注明单构件型号、规格，组装节点和其他构件连接详图。 4钢结构施工详图 根据钢结构设计图编制组成结构构件的每个零件的放大图，标准细部尺寸、材质要求、加工精度、工艺流程要求、焊缝质量等级等，宜对零件进行编号；并考虑运输和安装能力确定构件的分段和拼装节点。《常用用术语》 钢结构:是由钢板、型钢、冷弯薄壁型钢等通过焊接或螺栓连接所组成的结构。 钢结构的特点:轻质高强；塑性、韧性好；各向同性，性能稳定；可焊性；不易渗漏；耐热但不耐火；耐腐蚀性差；制造简便，施工周期短。 塑性:承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保障。 结构设计的目的:是保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程 轴心受压构件概念题 一、判断题（请在你认为正确陈述的各题干后的括号内打“√”，否则打“×”。每小题1分。） 1．轴心受压构件纵向受压钢筋配置越多越好。（） 2．轴心受压构件中的箍筋应作成封闭式的。（） 3．实际工程中没有真正的轴心受压构件。（） 4．轴心受压构件的长细比越大，稳定系数值越高。（） 5．轴心受压构件计算中，考虑受压时纵筋容易压曲，所以钢筋的抗压强度设计值最大取为2 N。（） 400mm / 6．螺旋箍筋柱既能提高轴心受压构件的承载力，又能提高柱的稳定性。（）×√√××× 二、单选题（请把正确选项的字母代号填入题中括号内，每题2分。） 1.钢筋混凝土轴心受压构件，稳定系数是考虑了（）。 A．初始偏心距的影响； B．荷载长期作用的影响； C．两端约束情况的影响； D．附加弯矩的影响。 2.对于高度、截面尺寸、配筋完全相同的柱，以支承条件为（） 时，其轴心受压承载力最大。 A．两端嵌固； B．一端嵌固，一端不动铰支； C．两端不动铰支； D．一端嵌固，一端自由； 3.钢筋混凝土轴心受压构件，两端约束情况越好，则稳定系数 （）。 A．越大；B．越小；C．不变；D.变化趋势不定。 4.一般来讲，其它条件相同的情况下，配有螺旋箍筋的钢筋混凝土柱 同配有普通箍筋的钢筋混凝土柱相比，前者的承载力比后者的承载力 （）。 A．低；B．高；C．相等；D.不确定。 5.对长细比大于12的柱不宜采用螺旋箍筋，其原因是（）。 A．这种柱的承载力较高； B．施工难度大； C．抗震性能不好； D．这种柱的强度将由于纵向弯曲而降低，螺旋箍筋作用不能发挥；6.轴心受压短柱，在钢筋屈服前，随着压力而增加，混凝土压应力的 增长速率（）。 A．比钢筋快；B．线性增长；C．比钢筋慢；D.与钢筋相等。 7.两个仅配筋率不同的轴压柱，若混凝土的徐变值相同，柱A配筋率 大于柱B，则引起的应力重分布程度是（）。 A．柱A=柱B；B．柱A>柱B；C．柱A<柱B；D.不确定。 8.与普通箍筋的柱相比，有间接钢筋的柱主要破坏特征是（）。 A．混凝土压碎，纵筋屈服； B．混凝土压碎，钢筋不屈服； C．保护层混凝土剥落； D．间接钢筋屈服，柱子才破坏。 是因为（）。 9.螺旋筋柱的核心区混凝土抗压强度高于f c A．螺旋筋参与受压； B．螺旋筋使核心区混凝土密实； C．螺旋筋约束了核心区混凝土的横向变形； D．螺旋筋使核心区混凝土中不出现内裂缝。 10.为了提高钢筋混凝土轴心受压构件的极限应变，应该（）。 A．采用高强混凝土； B．采用高强钢筋； C．采用螺旋配筋； D．加大构件截面尺寸。 11.规范规定：按螺旋箍筋柱计算的承载力不得超过普通柱的1.5倍， 这是为（）。 A．在正常使用阶段外层混凝土不致脱落 B．不发生脆性破坏； C．限制截面尺寸； D．保证构件的延性A。 12.一圆形截面螺旋箍筋柱，若按普通钢筋混凝土柱计算，其承载力为 300KN,若按螺旋箍筋柱计算，其承载力为500KN,则该柱的承载力应示为（）。 A．400KN；B．300KN；C．500KN；D．450KN。 13.配有普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件中，箍筋的作用主要是 （）。 A．抵抗剪力； B．约束核心混凝土； C．形成钢筋骨架，约束纵筋，防止纵筋压曲外凸； D．以上三项作用均有。 D A A B D C B D C C A D C 钢-混凝土组合结构复习题 一、填空题 1. 按照是否对组合梁施加预应力，组合梁可以分为（非预应力组合梁）和（预应力组合梁） 2. 钢－混凝土组合构件主要有钢－混凝土组合（梁）和钢－混凝土组合（柱）。 3. 对连续组合梁的计算可进行简化，可用（塑性理论）为基础采用承载力极限状态设计方法，截面特性计算简单，对静载荷和活载荷处理，不需考虑承载力极限状态下的混凝土徐变效应和施工方法。 4. 当钢梁的腹板和下翼缘宽厚比较大时，组合截面在达到塑性抵抗弯矩之前，可能导致钢梁局部屈曲二破坏，因此。这种梁必须进行（弹性理论）分析。 5. 抗剪连接件的形式很多，按照变形能力可分为为两类：（刚性）连接件，（柔性） 6. 压型钢板的截面特征随着受压翼缘宽厚比不同而变化。当宽厚比大于极限宽厚比时，截面特征按（有效截面）计算；当宽厚比小于极限宽厚比时，截面特征按（全截面）计算。 7. 组合楼板的破坏模式主要有弯曲破坏、（纵向剪切）和（垂直剪切）破坏。 8. 我国现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》把极限状态分为两类，（承载能力）极限状态和（正常使用）极限状态。。 9. 连续组合梁在极限状态下，各剪跨段内的弯矩均由组合截面承担。正弯矩区内的组合作用表现为钢梁受(拉)和混凝土受(压)。 10. 钢－混凝土组合梁由钢梁、(混凝土翼板)及抗剪连接件所构成。 11. 钢管混凝土除了具有一般套箍混凝土的强度高、重量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优点外，还具有施工方便、（良好的耐火性能）、经济效果好的优点。 12. 钢管混凝土材料是由钢管和混凝土两种性质完全不同的材料组成，由于钢管混凝土的核心混凝土受到钢管的约束，因而具有比普通钢筋混凝土大得多的（承载能力）和（变形能力） 1. 钢－混凝土组合构件主要有钢－混凝土组合梁和钢－混凝土组合柱 2. 对连续组合梁的计算可进行简化，可用塑性理论为基础承载力极限状态设计方法，截面特性计算简单，对静载荷和活载荷处理，不需考虑承载力极限状态下的混凝土徐变效应和施工方法。 3. 当钢梁的腹板和下翼缘宽厚比较大时，组合截面在达到塑性抵抗弯矩之前，可能导致钢梁局部屈曲二破坏，因此。这种梁必须进行弹性理论分析。 4. 抗剪连接件的形式很多，按照变形能力可分为为两类：刚性连接件，柔性连接件。 5. 压型钢板的截面特征随着受压翼缘宽厚比不同而变化。当宽厚比大于极限宽厚比时，截面特征按有效截面计算；当宽厚比小于极限宽厚比时，截面特征按全截面计算。 钢-混凝土组合结构复习题 一、填空题 1. 钢－混凝土组合构件主要有钢－混凝土组合梁和钢－混凝土组合柱 2. 对连续组合梁的计算可进行简化，可用塑性理论为基础承载力极限状态设计方法，截面特性计算简单，对静载荷和活载荷处理，不需考虑承载力极限状态下的混凝土徐变效应和施工方法。 3. 当钢梁的腹板和下翼缘宽厚比较大时，组合截面在达到塑性抵抗弯矩之前，可能导致钢梁局部屈曲二破坏，因此。这种梁必须进行弹性理论分析。 4. 抗剪连接件的形式很多，按照变形能力可分为为两类：刚性连接件，柔性连接件。 5. 压型钢板的截面特征随着受压翼缘宽厚比不同而变化。当宽厚比大于极限宽厚比时，截面特征按有效截面计算；当宽厚比小于极限宽厚比时，截面特征按全截面计算。 二、单项选择题混凝土梁钢筋与型钢柱组合连接技术
钢框架梁柱连接节点构造
上图为三种梁柱刚性连接节点 梁与柱刚性连接的构造
上图为梁与柱刚性连接细部构造 （2）工字形柱和箱形柱通过带悬臂梁段与框架梁连接时，构造措施有两种：a、悬臂梁与梁栓焊混合节点；b、悬臂梁与梁全栓接节点。
上图为柱带悬臂梁段与梁连接
轴心受压柱柱脚
钢与混凝土组合结构
混凝土柱和钢梁厂房设计
轴心受压
钢与混凝土组合结构期末复习指导.
钢结构安装注意事项及识图方法
钢结构的符号表示法要点
结构设计原理
型钢混凝土组合结构构件的计算
型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点施工工法
钢结构节点详图制图方法的探索
钢与混凝土组合结构
钢结构常用表示
轴心受压构件概念题
钢 混凝土组合结构
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