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混凝土翼缘板及板托对组合梁抗剪能力的影响 王 勇 ( 安 徽 省 第 一 建 筑工 程 有限 公司， 安 徽 合 肥 2 3 0 0 3 1 ) 摘 要 ： 抗剪能力是组合梁很主要的一个力学】生 能， 现行有关组合结构 的设计规 范和教材 中往往只考虑钢梁腹板的抗剪作用， 忽略 了混凝土翼 缘的作用， 得出的计算公式虽然简便但是无形中安全储备过大， 使得钢 梁的设计强度远 大于所需的强度 。通过 分析所做的组合 梁抗剪试验， 并 对比分析 两种通过试验拟舍得 出的计算公式， 得 出组合 梁的抗剪承栽力 为各 国规范计算值 的 1 0 62 8 8倍 。 为同剪跨 比纯钢 粱的 1 2 61 7 2倍 关键词 ： 钢混凝土组合梁； 组合抗剪性能； 混凝土翼板； 托板； 剪跨比 中图分类号 ： TU 3 1 1 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 6) 0 4 0 1 2 1 - 0 2 DOl ： 1 O 1 6 3 3 0 j c n k i 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 6 0 4 0 4 8 1 概述 依据当今我国的经济发展水平， 尤其是在抗震设 防地区， 型钢混凝土组合结构在众多结构形式中具有 很强的竞争力， 在多、 高层建筑的各种结构体系中可 以全部采用型钢混凝土组合结构构件 ， 混凝土和钢材 共同作用， 发挥他们各 自的特点 ， 但是两种材料的性 质差别很大， 所以采用何种计算方法计算一直是我们 不断探讨的问题。 在早期的钢混组合结构的承载力设 计 中一直以弹性理论为基础 ， 但是混凝土属于弹塑性 材料 ， 而钢材是理想的弹性一 塑性材料。 因此弹性分析 方法仅仅用来计算使用阶段的组合截面应力及刚度 时才是可信的， 在决定构件的承载力方面， 由于未曾 考虑塑性变形发展带来的强度潜力 ， 计算结果偏于保 守， 而且也不符合实际情况 ， 所以我们按照塑性理论 计算组合梁的抗剪承载力。 2 公式分析 2 1抗剪承载力通用公式 根据规范计算受剪承载力时一般都做如下要求： 假定组合梁截面上的全部剪力仅由钢梁腹板承受， 也 就是忽略了上部混凝土翼缘板及板托对抗剪承载力 的影响，在考虑塑性承载力时，截面的抗剪承载力按下 面公式计算。 作者简介： 王 勇( 1 9 7 1 一) ， 男， 安徽枞阳人 ， 工程师 ， 国家注册一级建造师。 C= t 或 跏 E = 式 中 为钢材的屈服强度。 ： 2 2翼缘板和板托分析 ：撼 混凝土板一般不计算斜截面抗剪， 原因是板件的 ：篓 受弯破坏往往先于剪切破坏， 但在组合梁中， 由于计 虿：黍 算截面形式与混凝土梯形梁相似， 故与钢梁的组合混 塞： 凝土翼板可发挥一定 的抗剪作用。 ： 粗略估计翼缘板的抗剪能力 ： 如图所示的混凝土 翼缘板和板托将板托的面积与翼缘板合并， 计算该构 件能承受的最大剪力 。 S = ( 3 0 0 + 1 5 0 ) x l 2 0 x 0 5 = 2 7 0 0 0 mm h=2 7 00 0 1 30 0 20 换算截面高度为 h = 8 0 + 2 0 = 1 0 0 斜截面受剪承载力： = O 7 3 g ,b h o = 0 7 x 1 1 x l 3 0 0 x 8 0= 8 0 1 k N 这一数值只是粗略的计算只有混凝土参与抗剪 的抗剪能力增加值 ， 没有考虑协同工作 ， 当考虑协同 工作时这一值还会有提高， 但是这样至少说明了组合 梁的抗剪能力绝对远远不只现行规范这么低 ， 它的提 高程度还是很可观的， 但是在现行规范中忽略了这一 部分的承载力而仅仅作为结构的安全度储备考虑， 因 此提出更合理 的抗剪承载力公式很具有研究意义。 3 组合梁翼板研究进展 3 1试验基础 通过对 l 6 根密实截面钢一 混凝土组合梁的组合 抗剪性能进行试验研究， 组合梁抗剪承载力试验结果 与现行有关规范及纯钢梁抗剪承载力进行 比较 ， 得出 组 合 梁 的 抗 剪 承 载 力 为 各 国 规 范 计 算 值 的 1 0 6 2 8 8 倍 ，为同剪跨 比纯钢梁 的 1 2 6 1 7 2倍 ( 当剪跨 比为 1 0和 2 0时) 。利用弹塑性理论 的数值方法 ， 根据对 2 根纯钢梁的应力分析验证 ， 得出如下的结论： 当剪跨 比为 1 0和 2 O时 ，组合梁腹板的复合应力状态仅进 人流动状态； 当剪跨比为 3 0 和 4 0 时， 组合梁腹板的 复合应力状态为刚进入屈服状态或未进入屈服状态。 =目这样就可以计算出钢梁所承担的剪力， 从而证明组合 = j 梁的抗剪能力大于腹板的抗剪能力是由于组合梁的 ： 罅 混凝土翼板承担了部分剪力 ， 即由于组合梁 的组合抗 ： 墓 剪作用所致， 并非由 于腹板的强化所致。 由 此可见， 翼 馨 ： 板 对组 合梁 抗剪承 载 力有明 显的 贡献。 要 ： 窜 3 2公式拟合 ： 茜 上述试验表明组合梁的破坏形态不仅仅与组合 ： 梁的剪跨 比有关 ， 而且与钢梁 的剪跨 比有关。承载力 提高的幅度比较大， 可以不仅仅作为安全储备而列入 公式考虑。 所以抗剪承载力可以加上一项 ： V f + V V 计算可以分为两个部分： 无剪力连接的组合梁 竖向抗剪强度和剪力连接程度对抗剪强度的影响。 3 2 1 无剪力连接的组合梁竖向抗剪强度 通过改变组合梁混凝土翼板截面尺寸得 出一组 抗剪强度 ， 与规范的公式进行 比较 ， 得出的结论是 ： 混 凝土翼板的抗剪作用显著 ，即使不考虑组合作用， 组合梁的抗剪强度也远大于钢梁 自身的抗剪能力 ； 组 合梁的抗剪强度随混凝土板厚度的增加而增大， 但不 随混凝土板宽度单调增加， 在某一区间内， 可能会出 现 b c 增大 ， 而组合梁抗剪承载力略减小 的情况。 这种 现象可部分解释为 ： 混凝 土板宽增加 ， 一方面确实增 加了混凝土的有效抗剪面积， 但另一方面也增加了混 凝土翼板的横向外伸长度 ， 横向弯矩增大， 甚至会出 现混凝土板横向弯曲破坏的情况。 这两种作用相互影 响， 使组合梁抗剪强度与混凝土板宽的关系变得不明 确起来。 关于混凝土板横向弯矩与组合梁竖向抗剪强 度的关系还有待进一步研究。 以有限元结果为基础， 对无剪力连接的组合梁竖 向抗剪强度进行了回归分析。 组合梁的抗剪作用主要 由钢梁和混凝土翼板来提供， 因此组合梁的抗剪强度 可写成如下形式。 V = + V c = 1 0 8 7 m m ( 、 b h h ) 鲁 )( ) 式中 ： 为混凝土翼板 的抗剪贡献 ； A 。 为混 凝土 翼板的剪跨比。 U 3 2 2剪力连接程度对抗剪强度的影响 钢梁和混凝土翼板通过栓钉连接件连成整体共 同工作 ， 剪力连接程度 的提高不仅有利于发挥组合 梁的抗弯性能， 而且有利于提高组合梁的抗剪性 能。 为了反映剪力连接程度对组合梁抗剪能力的增大 作用， 在第二部分对于有抗剪连接件 的构件 ， 为 了确 定剪力连接程度 r 的影响， 笔者又做了一组试验分别 改变 r 的值来分析承载力的变化 ， 最后也 回归分析 出 一 个公式 = ( 1 9 6 4 一 一 r+l 剪力连接程度 r 的定义 ： r = n n 式中 ： 1 2 ， 为完全剪力连接设计需要的剪力连接件 数量； n y 为实际配置的剪力连接件数量。 当完全刚性连接时组合梁在无剪力连接的基础 上又提高了8 9 ， 这说明在正弯矩区段， 组合梁抗剪 承载力相对于钢梁腹板抗剪名义值的提高 ， 不仅来源 于混凝土翼板的抗剪作用，组合作用的贡献也很显 著 。 4 不同拟合公式的比较 可 以看到文献 2 的两种公式计算式 比较复杂 ， 参 考文献 3 】 中提出了另外的不同的两个式子。 T 。= + = 1 1 6 f 7 3 + = l 1 + 0 2 9 5 r I V o ， 0 1 对 比两组式子我们可 以看出文献 2 提出的公式 形式比较复杂， 而文献 3 提出的公式形式简洁。笔者 带人了几组数据进行简单的验算， 得出的结论是文献 3 的结果 比文献 2 低 2 0 左右 ， 但是笔者认为一个 公式的运用不能单独只追求精确 ， 计算的简便也是很 重要 的， 所 以采用文献【 3 】 的公式会 比较方便 ， 2 0 的 承载力可以作为安全储备 ， 不加以考虑。 5 结论 混凝土翼缘板和板托对截面抗剪有一定影响， 增加混凝土部分的截面尺寸， 可以有效的提高组合梁 的竖 向抗剪强度。 增加混凝土翼板截面尺寸，可以有效提高组 合梁的竖向抗剪强度， 但应注意混凝土板横向弯矩 对组合梁竖向抗剪可能产生 的不利影响。