鋼-混凝土組合梁計算原理及截面設(shè)計 

鋼-混凝土組合梁是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)型式。它主要通過在鋼梁和混凝土翼緣板之間設(shè)置剪力連接件(栓釘、槽鋼、彎筋等),抵抗兩者在交界面處的掀起及相對滑移,使之成為一個整體而共同工作。

鋼-混凝土組合梁同鋼筋混凝土梁相比,可以減輕結(jié)構(gòu)自重,減小地震作用,減小截面尺寸,增加有效使用空間,節(jié)省支模工序和模板,縮短施工周期,增加梁的延性等。同鋼梁相比,可以減小用鋼量,增大剛度,增加穩(wěn)定性和整體性,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗火性和耐久性等。  

近年來,鋼-混凝土組合梁在我國城市立交橋梁及建筑結(jié)構(gòu)中已得到了越來越廣泛的應(yīng)用,并且正朝著大跨方向發(fā)展。鋼-混凝土組合梁在我國的應(yīng)用實踐表明,它兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,適合我國基本建設(shè)的國情,是未來結(jié)構(gòu)體系的主要發(fā)展方向之一。

計算原理

在鋼-混凝土組合梁彈性分析中,采用以下假定:

1、鋼材與混凝土均為理想的彈性體。

2、鋼筋混凝土翼緣板與鋼梁之間有可靠的連接交互作用,相對滑移很小,可以忽略不計。 

3、平截面假定依然成立。

4、不考慮混凝土翼緣板中的鋼筋(該假設(shè)只在正彎矩承載力計算時成立,負(fù)彎矩承載力計算式需考慮鋼筋作用[1])。

鋼-混凝土組合梁彈性分析采用換算截面法。(a)表示換算前截面,(b)表示換算后截面。換算截面法的基本原理是:混凝土翼緣板按照總力不變及應(yīng)變相同條件,換算成彈性模量為Es、應(yīng)力為бs的與鋼等價的換算截面面積。具體計算時,為了混凝土截面重心高度換算前后保持不變,換算時混凝土翼緣板厚度不變而僅將翼緣板有效翼緣寬度be除以α E(鋼材彈性模量與混凝土彈性模量的比值!

求得等價的鋼梁截面后,可以按照材料力學(xué)的方法來計算截面的抗彎承載力。設(shè)換算后截面的慣性矩為 I換算,換算截面形心軸距離鋼梁底部為y 換算,組合梁總高為y換算作用在截面上的彎矩為M, 

而組合梁撓度的計算,則按照換算截面慣性矩計算組合梁截面剛度后,再由結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計算梁的撓度。 

 截面設(shè)計

根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(JTJ025-86),對鋼-混凝土組合梁進(jìn)行了設(shè)計。如圖4所示,為該工程選用的組合梁截面圖。鋼梁選為Q345B鋼,混凝土翼緣板用 C40混凝土,剪力連接件采用[10槽鋼。組合梁總高為1650mm,高跨比約為31.5。組合梁截面換算慣性矩為8.576×1010mm^4,而純鋼梁的截面慣性矩只有5.228×10 10mm^4,組合梁截面慣性矩是純鋼梁的1.64倍,大大提高了組合梁的剛度,減小了組合梁在荷載作用下的撓度