美国钢结构协会《钢结构建筑荷载及抗力系数设计规范》(AISC-LRFD 计算组合梁负弯矩区裂缝宽度时 养护条件 ——钢梁腹板一侧的混凝土翼缘板有效宽度 应考虑拆除临时支撑时引起的附加变形 在承载力和变形都能满足要求时 eq 在验算组合梁的挠度以及按弹性分析方法计算组合梁的强度时 14.1.5 ～1.2×10 钢材与混凝土材料的温度线膨胀系数几乎相等(约为1.0×10 可以采用弯矩调幅法来计算连续组合梁的支座负弯矩值 14 即可) Design 混凝土叠合板的设计按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 则需要计算温度应力 欧洲组合结构设计规范EC4规定 0 温度差由两个温度决定 栓钉用于组合梁正弯矩区时 当混凝土板和钢梁不直接接触(如之间有压型钢板分隔)时 截面温度场的分布非常复杂 给出了不满足板件宽厚比限值仍可采用塑性调幅设计法的焊钉最大间距要求 b 将混凝土板有效宽度的规定推广至连续组合梁 边跨正弯矩区取为0.8l ε 在预制板表面采取拉毛及设置抗剪钢筋等措施以保证预制板和现浇层形成整体 组合梁的正常使用极限状态验算包括挠度和负弯矩区裂缝宽度验算 为简化分析 组合梁的翼板可采用现浇混凝土板 并系参考现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 相比较而言 3 k ε 英国桥梁规范(BS5400)第5部分根据有限元分析及试验研究的成果 针对该问题 施工不便 得到支座负弯矩截面的内力值 则不必考虑应力叠加 其负弯矩内力可按不考虑混凝土开裂的弹性分析方法计算并进行调幅 第二 本次修订参考了欧洲组合结构设计规范EC4的相关条文 与混凝土结构类似 应将施工阶段的挠度和使用阶段续加荷载产生的挠度相叠加 摒弃了混凝土板有效宽度与混凝土板厚相关的规定 当组合梁和柱铰接或组合梁作为次梁时 尽管连续组合梁负弯矩区是混凝土受拉而钢梁受压 负弯矩区的有效宽度主要用于定义混凝土翼板内纵向受拉钢筋的有效截面积 t 连接件的外侧边缘与钢梁翼缘边缘之间的距离不大于9t 钢梁受压区的板件宽厚比应符合本标准第10章中塑性设计的相关规定 亦可用混凝土叠合板 组合梁的纵向抗剪验算作为组合梁设计最为特殊的一部分 即钢与混凝土弹性模量的比值取为原来的2倍 此外 第二类截面30％ 但有效宽度计算方法不尽相同 当混凝土板和组合梁部分接触(如压型钢板横肋垂直于钢梁)时 温度效应等因素的影响 14.1.2 14.1 对于露天环境下使用的组合梁以及直接受热源辐射作用的组合梁 2 composite 14.1.4 然后对该支座负弯矩进行折减 每一跨的有效宽度可以采用定值 b 按本章进行设计的组合梁 组合梁承载能力按塑性分析方法进行计算时 本条给出了直接承受动力荷载组合梁的设计原则 由于板托构造复杂 应按α＝45°计算 并提出要验算连续组合梁负弯矩区段裂缝宽度的要求 影响了连续组合梁经济效益的发挥 在组合梁的强度 本条主要针对组合梁截面的承载能力验算 3 但宜计入翼板有效宽度b 沿梁长度方向各截面的温度分布相同 在计算组合梁的挠度时 2 但按弹性计算的钢梁强度和梁的挠度均应留有余地 组合梁施工时 又作为楼板的一部分参与楼板和组合梁翼缘的受力 混凝土开裂 清华大学对钢-混凝土叠合板组合梁进行了大量的试验研究 若焊钉的间距足够小 计算时通常可以假定 对于不直接承受动力荷载以及板件宽厚比满足塑性调幅设计法要求的组合梁 在其余区段不应取组合梁的换算截面刚度而应取其折减刚度 将翼板的有效宽度除以α 目前各国规范均采用有效宽度的方法考虑混凝土板剪力滞后效应的影响 对连续组合梁 混凝土在空气中凝固和硬化的过程中会发生水分散发和体积收缩 如果组合梁的设计是变形控制时 ——梁外侧和内侧的翼板计算宽度 因此在计算挠度时需要对换算截面刚度进行折减 所谓“适用于不直接承受动力荷载”主要考虑本章给出的组合梁设计方法为塑性设计法 con-crete 具体可见本标准第10.2.2条 b 而对于其他采用弹性设计方法的组合梁 14.1.8 structures的相关条文 由于采用塑性调幅设计法 由于钢材的导热系数是混凝土的50倍左右 14.1.7 ε 对于连续组合梁或者其他超静定结构 达到理想的抗裂效果 混凝土收缩产生的内力及变形可按组合梁混凝土板与钢梁之间的温差—15℃计算 在进行组合梁截面承载能力验算时 对于施工时钢梁下设临时支撑的组合梁 可不考虑板托截面 为反弯点间的近似长度 2 混凝土收缩也会在组合梁内引起自平衡的内力 在距中间支座两侧各0.15l(l为梁的跨度)范围内 也可不带板托 ε 在连续组合梁中 具体而言 计算组合梁挠度时 当塑性中和轴位于混凝土板内时 当二者温度同时提高或降低时 楼板的设计应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 对于简支组合梁 对于连续组合梁 考虑到组合梁混凝土板的有效宽度主要和梁跨度有关 混凝土翼缘板的有效宽度b 负弯矩区可以利用混凝土板钢筋和钢梁共同抵抗弯矩 一般规定 对于悬臂跨则采用如下规定的支座有效宽度b 不参与结构整体抗侧 尚不应超过翼板实际外伸宽度S 则即使板件不符合塑性调幅设计法要求的宽厚比限值 否则将偏于不安全 L 主要体现在两个方面 专门就组合梁的纵向抗剪验算进行详细说明 在没有必要采用板托的前提下优先采用不带板托的组合梁 应考虑温度效应的影响 简支组合梁的有效跨径L 挠度和裂缝计算中 如压型钢板混凝土组合梁等 E 对于简支组合梁 l为组合梁跨度 欧洲组合结构设计规范EC4对组合梁混凝土板有效宽度的计算方法概念明确 这与设计时应考虑结构的弯矩包络图的要求是一致的 b 即先按未开裂弹性分析得到支座负弯矩 2 应采用弹性分析方法 ——等效跨径 也积累了较多的数据 应将第一阶段和第二阶段计算所得的挠度或应力相叠加 其中一侧的混凝土有效宽度为以下三者中的较小值 因负弯矩区混凝土翼板开裂后退出工作 由混凝土翼板和钢梁间相对滑移引起的附加挠度在10％～15％ 不应超过相邻钢梁上翼缘或板托间净距S 混凝土徐变会影响组合梁的长期性能 1 混凝土翼板的等效跨径及有效宽度(欧洲组合结构设计规范EC4) 故取消了混凝土板有效宽度与厚度相关的规定 尚应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 应按照弹性理论进行计算 组合梁各区段的混凝土板有效宽度取值见图44 e 可不考虑钢梁的整体稳定性 露天使用的组合梁 合理确定支撑拆除时机等施工措施 因为板托对组合梁的强度 正常使用极限状态验算需要考虑施工方法和顺序的影响 折减幅度即为调幅系数 近年来 组合梁应按本标准第14.6节的规定进行混凝土翼板的纵向抗剪验算 structures保守得多 连续组合梁和框架组合梁在竖向荷载作用下的内力可采用不考虑混凝土开裂的模型进行弹性分析 组合梁的自重以及作用在其上的全部施工荷载由钢梁单独承受 -6 计算值与试验结果吻合良好 在不利条件下甚至可达到1000×10 钢筋混凝土翼板的收缩可取为(150～200)×10 本次修订增加了第14.6节 忽略同一截面内混凝土翼板和钢梁内部各自的温度梯度 并将简支组合梁和连续组合梁的计算方法统一起来 其中混凝土板除应符合本章的规定外 弹性设计方法还适用于板件宽厚比不符合塑性设计法要求的组合梁 -6 其正弯矩区有效宽度与正弯矩区的长度有关 组合梁采用极限状态设计法 可能会影响结构的使用性能和耐久性 14.1.1 此时临时支承点的反力产生的反向续加荷载就无需计入用于验算裂缝宽度的支座负弯矩值 可采用有效弹性模量法进行计算 14.1.7 所以实际上是变截面梁 待混凝土强度达到75％后 取为梁的实际跨度 调幅系数的取值建议根据已有的试验数据确定 of 借鉴欧洲组合结构设计规范EC4的方法引入连续组合梁等效跨径的概念 k 混凝土翼板已进入塑性状态 包括变形和裂缝宽度验算 应根据控制设计的弯矩包络图来确定L 验算裂缝宽度首先需要进行内力分析 部分抗剪连接组合梁是指配置的抗剪连接件数量少于完全抗剪连接所需要的抗剪连接件数量 15％也低估了连续组合梁良好的内力重分布性能 对于素混凝土 5 适用性更强 可以不分施工阶段 在进行结构整体内力和变形计算时 eff 混凝土叠合板或压型钢板混凝土组合板等 拆除临时支承 因此无需在组合梁负弯矩区裂缝宽度验算中另行考虑混凝土徐变的影响因素 稳定及变形 连续组合梁除需验算变形外 所增加的荷载全部由组合梁承受 此时按一般钢梁计算其强度 当组合梁受压上翼缘不符合塑性设计要求的板件宽厚比限值 和混凝土板的厚度关系不大 14.1.3 温度差会引起梁的挠曲变形和截面应力重分布 其承载力极限状态验算也需考虑施工方法和顺序的影响 混凝土硬结前的材料重量和施工荷载应由钢梁承受 整个截面内只存在混凝土与钢梁两个温度 and 从而将混凝土翼板的有效截面除以钢与混凝土弹性模量的比值α 此外 当忽略混凝土的抗拉作用后 1 故欧洲组合结构设计规范EC4规定 并且钢-混凝土叠合板组合梁在实际工程中也获得了大量的成功应用 式中 取为钢梁轴线两侧有效宽度之和 当板托倾角α＜45°时 为钢梁受压上翼缘厚度 通过弯矩调幅后可使连续组合梁的结构高度进一步减小 而在荷载标准组合下计算裂缝的公式中已经考虑了荷载长期作用的影响 尚不应超过25mm 支座负弯矩值仅考虑形成组合截面之后施工阶段荷载及正常使用续加荷载产生的弯矩值 主要参考国内试验结果和欧洲组合结构设计规范EC4 且比实际值略偏小 0 原规范仅具体给出了组合梁的挠度计算方法 则取钢梁上翼缘的宽度 本次修订将连续组合梁承载能力验算时的弯矩调幅系数上限定为20％ 塑性阶段混凝土翼板的有效宽度远大于弹性阶段 应把临时支承点的反力反向作为续加荷载 取L 可按施工时钢梁下有无临时支撑分别考虑 i 对于连续组合梁 板件宽厚比不符合本标准第10.1.5条规定的截面要求时 而原规范给出的符合塑性调幅设计法要求的截面基本满足第一类截面要求 范围内纵向钢筋的作用 影响混凝土收缩变形的主要因素有组成成分 b 与不直接承受动力荷载的组合梁相比在设计方法上有两点不同 而当组合梁达到极限承载力时 国内外的试验研究结果表明 计算组合梁挠度和负弯矩区裂缝宽度时应考虑施工方法及工序的影响 e 欧洲组合结构设计规范EC4建议 可以忽略由此引起的温度应力 稳定性和变形 e 组合梁混凝土板同样存在剪力滞后效应 取栓钉的横向间距 of 按变截面梁来计算其变形 0 但连接件满足下列要求时 应引起足够的重视 再求出整个梁截面的换算截面刚度EI 钢材的温度很快就接近环境温度 连续组合梁应按本标准第14.5节的规定验算负弯矩区段混凝土最大裂缝宽度 1 14.1.6 挠度和稳定性 e 因此本条规定低估了极限状态时楼板对承载力的实际贡献 混凝土翼板的有效宽度可统一按跨中截面的有效宽度取值 外侧部分的有效宽度不应超过其实际悬挑长度 能充分保证钢梁与混凝土板的组合作用 但组合梁具有良好的内力重分布性能 如果边梁仅一侧有混凝土板时 证明叠合板组合梁具有与现浇混凝土翼缘的组合梁一样的受力性能 其长期收缩变形在几十年后可达(300～600)×10 对于中间跨和简支边跨可采用如下规定的中间跨有效宽度b 14.1.6 -6 需要对钢梁进行施工阶段验算 但是 钢-混凝土组合梁的混凝土翼缘板既可带板托 当混凝土板沿全长和组合梁接触(如现浇楼板)时 以防止梁下凹段增加混凝土的用量和自重 同样 跨中及中间支座处混凝土翼板的有效宽度b 同时根据已有的研究成果并借鉴欧洲组合结构设计规范EC4的相关条文 此时也可采用塑性方法进行设计而不受板件宽厚比限制 此外 相邻组合梁间距的1/2 降低负弯矩区混凝土板的拉应力 连续组合梁在正常使用阶段会出现明显的内力重分布现象 连接件最大间距不大于15t 14.1.1 为钢号修正系数 即此时的组合梁在正常使用阶段仍处于弹性工作状态 以表格的形式给出了对应于不同宽跨比的组合梁混凝土翼缘板有效宽度 国内外研究成果表明 eff 混凝土翼板的计算宽度 组合梁的挠度应按弹性方法进行计算 弯曲刚度宜按本标准第14.4.2条的规定计算 的1/2(mm) 此外 组合梁的承载力极限状态验算不必考虑施工方法和顺序的影响 50010的有关规定 对于露天环境下使用的组合梁以及直接受热源辐射作用的组合梁 温度荷载以及混凝土收缩徐变效应可能会影响组合梁正常使用阶段的内力 3-钢梁 steel 2 14 不考虑混凝土翼板而只计入在翼板有效宽度b 50010的规定进行 可以采用优化混凝土板浇筑顺序 且全部满足第二类截面要求 对于塑性分析 仅承受竖向荷载 式中 试验结果表明 其承载能力应按弹性方法进行计算 中间跨正弯矩区取为0.6l 同时混凝土楼板也应满足相应的要求 l 混凝土翼板有效宽度b 当计算考虑混凝土徐变影响的组合梁长期挠度时 第二阶段当混凝土翼板的强度达到75％以后 范围内负弯矩钢筋截面对截面刚度的影响 连接件最大间距不大于22t 钢梁和混凝土翼板间的计算温度差可采用10℃～15℃ 如图44所示 e -5 由于发展组合梁塑性不仅需要钢结构的特殊规定 b e 组合梁应采用弹性设计方法 二是不能采用塑性方法进行承载能力计算 其温度变形基本协调 根据欧洲组合结构设计规范EC4 支座负弯矩区取为相邻两跨跨度之和的20％(mm) ——同一截面最外侧抗剪连接件间的横向间距 梁的跨中挠度除满足本标准附录A的要求外 本章规定适用于将钢梁和混凝土翼缘板通过抗剪连接件连成整体的钢-混凝土简支及连续组合梁 应使用与之相匹配的塑性有效翼缘宽度 因此具有提高板件受压局部稳定性的作用 应取为最外侧的抗剪连接件至两根钢梁间中线的距离 2)边支座的有效宽度按下式计算 对于自由端则取混凝土悬臂板的长度 一是需要进行疲劳验算 温度应力可以忽略 原因是在荷载的标准组合作用下产生的截面弯矩小于组合梁在弹性阶段的极限弯矩 故在计算极限抗弯承载力时 取得了显著的技术经济效益和社会效益 即采用换算截面法验算荷载效应设计值在组合梁截面产生的应力(包括正应力和剪应力等)小于材料的设计强度 方便设计人员操作 4 组合梁跨度的1/8 可以先浇筑正弯矩区混凝土 此时应按照部分抗剪连接计算其受弯承载力 各取梁等效跨径l 该滑移效应对挠度的影响不能忽略 第四类截面10％ 钢与混凝土组合梁 钢梁应根据实际临时支撑的情况按本标准第3章和第7章的规定验算其强度 在本标准附录J中给出了具体的验算方法 ) 1)中间跨和中间支座的有效宽度按下式计算 则有效宽度应等于或小于跨度的1/12以及6倍的最小板厚 仅有一列栓钉时取0(mm) 本条计算组合梁混凝土翼板有效宽度的方法是基于组合梁在弹性阶段的受力性能所建立起来的 本标准给出的组合梁混凝土翼板的有效宽度 考虑混凝土徐变影响时 steel 还应验算负弯矩区混凝土翼板的裂缝宽度 i Design 采用部分抗剪连接组合梁是可行的 第一阶段在混凝土翼板强度达到75％以前 严格而言 预制板既作为模板 ——板托顶部的宽度 但不超过板的实际宽度b 对于施工时钢梁下无临时支撑的组合梁 e 1-混凝土翼板 14.1.8 当外界环境温度剧烈变化时 根据连续组合梁的试验结果 4 在中间支座两侧各0.15l(l为一个跨间的跨度)的范围内确定梁的截面刚度时 50010的有关规定 负弯矩区有效宽度则与负弯矩区(中支座区)的长度有关 调幅系数可取40％ 温度差还会引起进一步的约束弯矩 当钢梁下有临时支撑时 此时翼板中的应力分布趋向均匀 从而对组合梁的变形和负弯矩抗裂造成影响 对于边梁 本标准的建议值为15℃ /8 计算结果偏于安全 可不分阶段按照组合梁一次承受全部荷载进行计算 应分两个阶段进行计算 图14.1.2 应在正常使用极限状态验算中予以充分的考虑 2-板托 本次修订明确了正常使用极限状态组合梁的验算内容以及需要考虑的因素 14.1.4 故可不考虑其作用 同时还对计算模型和各因素的考虑方法进行了具体说明 第一 不适用于直接承受动力荷载的组合梁 在有可能发生更显著温差的情况下则另作考虑 对于一根典型的连续组合梁 (如图44所示) 图44 一般规定 在强度和变形满足要求时 对于一般情况下在室内使用的组合梁 有无临时支承对组合梁的极限抗弯承载力均无影响 效果类似于组合梁的温度应力 e 采用焊钉等柔性连接件时(特别是部分抗剪连接时) 由于翼板内配置的钢筋可以阻止混凝土的收缩变形 当采用弹性方法对组合梁进行整体分析时 e 可仅考虑形成组合截面后引入的支座负弯矩值 由于支座负弯矩区混凝土板的开裂 组合梁的受力状态与施工条件有关 变形和裂缝宽度的影响很小 e 形成了较为可靠的设计公式(详见清华大学的相关研究) 变形以及负弯矩区裂缝宽度 使用环境以及构件的形状和尺寸等 钢梁至混凝土翼板边缘的距离 可考虑将钢梁起拱等措施 应等于或小于1/4的跨度以及12倍的最小板厚 14.1.3 组合作用会使混凝土板受拉而易于开裂 b 而混凝土的温度则变化较慢 第三类截面20％ f 在第二阶段计算中 美国各州公路及运输工作者协会(AASHTO)制定的公路桥梁设计规范规定 14.1.5 而组合梁按塑性分析法计算强度时 相当于混凝土的温度比钢梁降低15℃～20℃ 可假定钢和混凝土都是理想的弹塑性体 f 混凝土未达到强度前 14.1.2 验算连续组合梁的裂缝宽度时 提高结构刚度和承载力 并且在计算使用阶段组合梁承受的续加荷载产生的变形和弹性应力时 因此将根据弹性分析得到的翼板有效宽度应用于塑性计算 组合梁的塑性阶段有效宽度试验研究已开展较多 其中梁跨度取为支座中线之间的距离 当无板托时 1 组合梁的翼缘板可用现浇混凝土板 取为简支组合梁的跨度 仍可采用塑性方法进行设计 焊钉能为钢板提供有效的面外约束 e 可将钢与混凝土的弹性模量比放大一倍 ei 并按本标准第10章的规定对弯矩进行调幅 1 并考虑混凝土板剪力滞后 然后再浇筑负弯矩区混凝土 的1/6 对于直接承受动力荷载的组合梁 (图14.1.2)应按下式计算 1 1999)规定 对于连续组合梁 不应计入受拉区混凝土对刚度的影响 故仍然具有很好的经济效益 k 混凝土收缩徐变 图44中相邻的正负弯矩区存在长度重叠的部分 当采用非开裂分析时 2 本章规定适用于不直接承受动力荷载的组合梁 基于近年来国内大量组合梁板结构试验 混凝土弹性模型折减为原来的50％ 一般情况下 钢梁和混凝土翼板间的计算温度差应按实际情况采用 与组合梁的极限状态设计法并不完全匹配 14.1 即为温度应力 同样能够在达到塑性极限承载力之前不发生局部屈曲 组合梁进行正常使用极限状态验算时应符合下列规定 f 在已有研究成果和工程实践经验的基础上 应采用荷载准永久值组合 此外 k 换算为钢截面(为使混凝土翼板的形心位置不变 因此原规范规定的不超过15％的调幅系数比欧洲钢结构设计规范EC3 对于第一类截面 E -5 需要指出的是 1 钢与混凝土组合梁 但用于负弯矩区时 两种材料间的温度差将会在组合梁内产生自平衡应力 混凝土叠合板翼缘是由预制板和现浇层混凝土所构成 50010的相关规定 则应按实际支承情况验算钢梁的强度 f 为方便设计 应按本标准附录J的要求进行疲劳计算 在验算组合梁的裂缝宽度时 因此为了有效控制连续组合梁的负弯矩区裂缝宽度 b 按组合梁一次承受全部荷载进行计算 组合梁可按部分抗剪连接进行设计 支座负弯矩值仅考虑第二阶段形成组合截面之后产生的弯矩值 组合梁的正常使用极限状态验算可按弹性理论进行