配工字形和配十字形型钢混凝土柱轴压比限值计算公式的简化.docxVIP

配工字形和配十字形型钢混凝土柱轴压比限值计算公式的简化 根据国内钢筋混凝土地下疲劳试验，正截面的工作性能与钢筋混凝土支架基本一致。它经历了混凝土裂缝的初步破裂、裂缝的起源、压区混凝土的坍塌、纵横杆和钢圈变形的压力，以及重量的峰值。破坏类型包括大位移破坏和小位移破坏。因受拉区纵筋和型钢受拉翼缘位置不同, 以及型钢腹板在截面高度上的连续性, 型钢混凝土柱的界限破坏特征不明显, 当混凝土受压边缘达到其极限压应变的同时, 型钢受拉翼缘达到屈服的状态为界限破坏。 1 心抗压强度设计值 轴压比限值是指柱组合的轴向压力设计值, 与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。在钢筋混凝土结构中控制柱的轴压比限值, 主要是防止柱截面过小而出现对抗震不利的脆性破坏。对于型钢混凝土柱, 也可以采用轴压比限值来保证柱在抗震设计中有足够的变形能力。 1.1 预应力的计算 (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εcu取0.003, 相应的最大压应力取混凝土轴心抗压强度设计值fc, 受压区应力图形简化为等效的矩形应力图, 其高度取平截面假定所确定的中和轴高度乘以系数β, 矩形应力图的应力取为α1fc。α1为混凝土受压区等效矩形应力系数,α1、β与混凝土等级有关。 (4) 型钢和钢筋的应力均取等于应变与其弹性模量的乘积, 但不大于各自的强度设计值。 (5) 柱中的型钢配置采用充满型实腹型钢, 即在满足型钢混凝土保护层要求和便于施工的前提下, 型钢的上翼缘和下翼缘尽量靠近混凝土截面的近边, 对称配筋。 1.2 混凝土预应力应力力学性能 界限破坏时, 柱截面的应变及计算应力图形, 如图1所示。图中符号上角标0表示试验值。 根据力的平衡条件, 可得配工字形型钢的型钢混凝土柱轴压比限值的试验值为 [n0a]=Ν0uf0cbh=Ν0cf0cbh+Ν0awf0cbh(1) 其中,N0c为受压区混凝土压应力合力的试验值,N0c=α1f0cξ0bbh0;h0为型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点到混凝土截面受压边缘的距离;ξ0b为界限受压区相对高度的试验值;N0aw为型钢腹板合力的试验值,Ν0aw=(2ξ0bh0β-h)twf′0a。 将N0c和N0aw代入 (1) 式, 即得配工字形型钢的型钢混凝土柱轴压比限值试验值的理论公式为 [n0a]=h0hα1ξ0b+(2ξ0bh0βh-1)twf′0abf0c(2) 1.3 型钢翼缘板的受力 界限破坏时, 柱截面的应变及计算应力图形, 如图2所示。图中符号上角标0表示试验值。 根据力的平衡条件, 可得配十字形型钢的型钢混凝土柱轴压比限值的试验值为 [n0a]=Ν0uf0cbh=Ν0cf0cbh+Ν0awvf0cbh+Ν0awhf0cbh+Ν0afvf0cbh(3) 其中,N0c为受压区混凝土压应力合力的试验值,N0c=α1f0cξ0bbh0;N0awv为十字形型钢竖向腹板合力的试验值,Ν0awv=(2ξ0bh0β-h)twf′0a;N0awh为十字形型钢水平腹板合力的试验值, N0awh=E0aε0awtwhw;N0afv为十字形型钢竖向翼缘合力的试验值。 型钢竖向翼缘合力计算比较复杂, 随型钢翼缘的宽度而变化, 其受力情况, 如图3所示。 (1) 翼缘宽度hf＞2ξ0bh0β-h, 中和轴通过型钢翼缘, 且hf＞3h0f-4ξ0bh0β+αa时, 翼缘有屈服部分。 (2) 翼缘宽度hf＜2ξ0bh0β-h, 中和轴不通过型钢翼缘, 但hf＞3h0f-4ξ0bh0β+αa时, 翼缘有屈服部分。 (3) 翼缘宽度hf＞2ξ0bh0β-h, 中和轴通过型钢翼缘, 但hf＜3h0f-4ξ0bh0β+αa时, 翼缘无屈服部分。 当型钢采用Q235钢板时, 界限受压区高度ξ0bh0/β较高, 型钢翼缘板的受力状态一般为情况 (1) 或情况 (2) ;当型钢采用Q345, 型钢翼缘板的受力状态一般为情况 (1) 或情况 (3) 。 为提高型钢混凝土结构构件的承载力和刚度, 型钢混凝土框架梁和框架柱的型钢配置, 宜采用充满型宽翼缘实腹型钢, 当型钢翼缘的宽度不小于柱截面高度的30%时, 型钢翼缘板的受力状态一般皆为情况 (1) 。 如图3a所示, 当受拉翼缘板的合力N0afv为高度a(a=2ξb0h0β-h0f-h-hf2)的受压屈服部分的压力和高度b(b=h0f-h+hf2)的未屈服部分的压力, 未屈服部分的平均应变为[β(h+hf)/2ξb0h0-1]εcu0+εay02。则 Νafv0=2{(2ξb0h0β-h0f-h-hf2)tffa′0+(h0f-h+hf2)tffa′0[[β(h+hf)/2ξb0h0-1]εcu0+εay02εay0]} 将N0afv、N0awh、N0a