压型钢板与混凝土组合板.ppt
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1、3.1 概述 压型钢板与混凝土组合板是20世纪60年代前后兴起的一种新型组合结构。1.压型钢板按其在组合板中的作用可分为三类:以压型钢板作为板的主要承重构件,混凝土只是作为板的面层以形成平整的表面及起到分布荷载的作用。按钢结构规范进行施工阶段和使用阶段计算。压型钢板仅作为浇筑混凝土的永久性模板,并作为施工时的操作平台。考虑施工阶段荷载,按钢结构计算。使用阶段仅考虑混凝土,按按混凝土规范计算混凝土板。以上两类均属于非组合板。考虑组合作用的压型钢板混凝土组合板。施工阶段压型钢板作为模板及浇注混凝土的作业平台。使用阶段,压型钢板相当于钢筋混凝土板中的受拉钢筋,在全部静载及活载作用下,考虑二者的组合作
2、用。,第三章 压型钢板与混凝土组合板,本章主要讲第三类,即组合楼板。2.组合板优点1)压型钢板作为浇灌混凝土的模板,节省了大量木模板及其支撑。2)压型钢板工厂生产、运输、堆放方便,节省大量支模工作,并且改善了施工条件。3)在使用阶段,由于组合作用,可代替受拉钢筋。减少了钢筋的制作与安装工作。4)刚度大,自重轻。5)便于敷设通信、电力、采暖等管线。6)便于立体作业,加快施工进度,缩短工期。7)可直接做顶棚。8)减小了发生火灾的可能性。,3.2 压型钢板的型式及要求 3.2.1 压型钢板的形式:(1)闭口形槽口的压型钢板(图3.1a)(2)轧齿槽或开小孔的压型钢板(图3.1b)(3)加焊钢筋的压型
3、钢板(图3.1c)国内生产的压型钢板仅适用于直接作用于非组合板,如果用于组合板中,必须在板的翼缘上采取措施,以保证组合效应。,图3.1 压型钢板与混凝土的组合连接,图3.2 国外生产的板型,图3.3 国内产压型钢板主要板型,3.3 压型钢板的截面特征3.3.1 受压翼缘的有效计算宽度 在与腹板交接处应力最大,距腹板愈远,应力愈小,呈曲线递减。实用上常把翼缘的应力分布简化成在有效宽度上的均布分布。计算公式按表计算。可近似取,t为压型钢板板厚。3.3.2 对压型钢板的要求 压型钢板的厚度一般不应小于0.75mm。为便于浇灌混凝土,要求压型钢板的平均槽宽不小于50mm。当在槽内设置带头栓钉时,压型钢
4、板的总高,包括刻痕在内不应大于80mm.压型钢板受压翼缘带有纵向加劲肋时,加劲肋的刚度须满足:边缘卷边加劲肋 且(3.1)中间加劲肋 且(3.2),3.4 组合板的承载力计算 3.3.1 组合板的破坏模式(见图)1.弯曲破坏(沿1-1)当组合板中含钢量适当时,破坏是从受拉区压型钢板及受拉钢筋开始,及受拉钢板及钢筋首先屈服,板的变形裂缝迅速发展,受压区不断减小,最后由于混凝土被压碎而告破坏。通常应以含钢率或x值控制。2.纵向水平剪切粘结破坏(沿2-2)主要由于混凝土与压型钢板的界面抗剪切滑移强度不够,使两界面成为组合板薄弱环节。破坏特征:首先在靠近支座附近的集中荷载处混凝土出现斜裂缝,混凝土与压
5、型钢板开始发生垂直分离,随即压型钢板与混凝土丧失抗剪切粘结能力,产生较大的纵向滑移。3.斜截面的剪切破坏(沿3-3)这种破坏一般发生在当组合板的高跨比很大、荷载比较大、尤其是在集中荷载作用时,发生支座最大剪力处沿斜截面剪切破坏。,图3.4 组合板破坏模式,3.3.2 组合板的承载力计算1.施工阶段的承载力计算 施工阶段压型钢板作为模板,在混凝土达到设计强度前,仅压型钢板(不考虑混凝土的作用)作为施工时的操作平台。荷载:压型钢板的自重、湿混凝土的自重及施工时机具、人员等一切活荷载。,3.3.3 组合板的计算方法和原则,1施工阶段压型钢板作为浇筑混凝土的模板,采用弹性方法计算。强边(顺肋)方向的正
6、、负弯矩和挠度应按单向板计算,弱边(垂直肋)方向不计算。2使用阶段(1)实用设计法当压型钢板顶面以上的混凝土厚度为50mm至100mm时,组合板强边(顺肋)方向的正弯矩和挠度,按承受全部荷载的简支单向板计算,强边方向负弯矩按固端板取值,不考虑弱边(垂直肋)方向的正、负弯矩。,当压型钢板顶面以上的混凝土厚度大于100mm时,组合板的挠度应按强边方向的简支单向板计算。当 时,应按双向板计算内力;当 或 时,应按单向板计算内力。其中(3.3)式中 组合板的各向异性系数,;lx组合板强边(顺肋)方向的跨度;ly组合板弱边(垂直肋)方向的跨度;Ix、Iy分别为组合板强边和弱边方向的截面惯性矩(计算Iy时
7、只考虑压型钢板顶面以上的混凝土厚度hc,即,其中B为压型钢板的计算宽度,通常取波距值)。,(2)双向组合板 周边支承条件 当双向组合板的跨度大致相等,且相邻跨是连续时,板的周边可视为固定边。当组合板相邻跨度相差较大,或压型钢板以上的混凝土板不连续时,应将板的周边视为简支边。各向异性双向板 对于各向异性双向板的弯矩,可将板形状按有效边长比加以修正后视作各向同性板的弯矩。强边方向的弯矩,取等于弱边方向跨度乘以系数后所得各向同性板在短边方向的弯矩;弱边方向的弯矩,取等于强边方向跨度乘以系数后所得各向同性板在长边方向的弯矩。,图 3.5 组合板计算简图,四边支承双向板强边(顺肋)方向按组合板设计,弱边
8、(垂直肋)方向,仅取压型钢板上翼缘以上的混凝土板进行设计。(3)连续组合板对于连续组合板,当采用弹性方法进行内力分析时,若允许支座混凝土开裂,则可按考虑塑性内力重分布的计算方法,中间支座处的负弯矩可适当地进行调幅。支座负弯矩降低之后,跨中正弯矩亦相应地增加,即应满足静力平衡条件。,施工活荷载一般按等效均布荷载,根据施工实际情况确定,但应不小于1.5kN/m2。考虑到未和混凝土“组合”前,压型钢板刚度较小,变形较大,因此混凝土体积可能超过图纸所标的标准体积,因此将混凝土自重乘以1.1的系数。3.3.4 组合板的承载能力计算 按钢结构设计规范计算,压型钢板物理力学性能可参考表、和产品样本。公式:M
9、fWs(3.4)M计算宽度上压型钢板的弯矩设计值;f压型钢板抗弯强度设计值;Ws压型钢板的截面抵抗矩,取受压区或受拉区的截面抵抗矩中较小者。受压区:受拉区:,(3.5),(3.6),Is单位宽度压型钢板对其形心轴的惯性矩;xc 压型钢板中和轴至受压边缘的距离;hs 压型钢板的总高度。2.使用阶段承载力的计算 荷载:压型钢板及混凝土自重,面层及构造层(如保湿层、找平层、防水层、隔热层等)的重量,吊顶及管道的重量,设备及使用荷载。当组合板上作用有集中荷载或线荷载时,应当考虑荷载分布的有效宽度和组合板的有效宽度问题(如图 3.5所示)。,图3.5 集中荷载分布有效宽度,集中荷载的分布宽度:按沿荷载作
10、用边缘沿45线传递bf1荷载分布有效宽度;bf组合板上集中荷载或线荷载的实际作用宽度;hc压型钢板顶面以上混凝土的厚度;hd 楼板饰面层厚度。组合板在集中荷载作用下的有效宽度按下式计算:1)抗弯承载能力计算简支板:连续板:2)剪切计算取:l为板跨;a为剪跨,取集中荷载作用点至较近支座间距离,(3.8),(3.9),(3.10),(3.7),(1)正截面受弯承载力的计算基本同钢筋混凝土适筋梁。适筋破坏时,作如下假设:1)达到极限状态时,沿着截面高度混凝土受压区应力呈抛物线形分布,计算时可等效成矩形应力图形。等效矩形应力图形的应力值为fc,计算受压区高度为实际受压区高度的0.8倍。2)达到极限状态
11、时,受拉区压型钢板及受拉钢筋的应力均能达到各自的强度设计值。3)忽略中和轴附近受拉混凝土的作用和压型钢板凹坑内混凝土的作用。4)对于完全剪切连接组合板,在混凝土与压型钢板的界面上滑移很小,混凝土与压型钢板始终保持共同工作。因此直至达到极限状态,板都符合平截面假定。两种情况:1)塑性中和轴在压型钢板上翼缘以上的混凝土板内,即 组合板截面的应力分布如图3.6所示。,图3.6 中和轴在混凝土板内时的计算应力图,根据内力平衡则组合板的承载能力:或,(3.11),(3.12),(3.13),(3.14),M-组合板的最大正弯矩截面的弯矩设计值;Mu-为组合板抵抗正弯矩的承载能力;b-组合板的单位宽度;x
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