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各国规程对型钢混凝土梁抗弯承载力计算对比分析

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第37卷第3期 Vo1.37 No.3 2O16 青岛理工大学学报 Journal of Qingdao University of Technology 各国规程对型钢混凝土梁抗弯承载力计算对比分析 陈 燕,何夕平,马乐乐 (安徽建筑大学土木工程学院,合肥230601) 摘要:介绍了实腹式型钢混凝土梁抗弯承载力的6种国内外规程,根据各个规程的计算公式,对12个实腹 式型钢混凝土梁的抗弯承载力进行理论计算,将理论计算得到的结果和抗弯试验结果对比分析.结果表明:虽 然各国规程对型钢混凝土梁的承载力计算公式形式上不尽相同,但考虑的设计因素大都一致,大部分计算结 果都偏于保守.前苏联的《劲性混凝土结构设计指南》(CH 3—78)和我国的《型钢混凝土组合结构技术规程》 (JGJ 138—2。01)与试验值偏差较小,计算结果相对较准确. 关键词:型钢混凝土组合结构;型钢混凝土梁;抗弯强度;对比分析 中图分类号:TU398 .9 文献标志码:A 文章编号:1673—4602(2016)03—0024—06 Comparative analysis of beam flexural bearing capacity of solid—wed steel reinforced concrete calculated by codes at home and abroad CHEN Yan,HE Xi—ping,MA Le-le (College of Civil Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei 230601,China) Abstract:Six kinds of domestic and foreign regulations of solid-wed steel reinforced concrete beam for calculating its bending bearing capacity are introduced.According to the calculation formulas of each regulation,theoretical calculation of bending bearing capacity of 1 2 solid— wed steel reinforced concrete beam iS given,and the results of theoretical calculation are corn— pared with the results of experimental test of the bending bearing capacity.The conclusion is:although the calculation formula form of the steel reinforced concrete beam bearing capac— ity of each country’S regulation is different,the design factors considered in are almost the same and most of the calculated results are rather conservative.The deviation of the Steel re— forced concrete structure design guidelines(CH 3—78)of the former Soviet Union and the Technical Specification for Steel Reinforced Concrete Composite Structures(JGJ 138—2001) of our country is small according to the experimental results,and the calculation results are relatively accurate. Key words:steel reinforced concrete composite structures;steel reinforced concrete beam; flexure strength;comparative study 收稿日期:2016—02—25 基金项目:安徽省科技攻关计划项目(1501041133);安徽省教育厅高等教育振兴计划(2013zdjyl21);安徽省教育厅质量工程项目 (2014gxk063) 作者简介:陈燕(1962一),女,安徽合肥人.副教授,主要从事现代工程项目管理、工程建设监理等方面的研究.E—mail:729527917@ qq.corn. 第3期 陈燕,等:各国规程对型钢混凝土梁抗弯承载力计算对比分析 25 型钢混凝土组合结构是指中心部分有型钢结构,外围主要用箍筋约束然后配置恰当的纵筋的一种混 凝土结构,简称为“型钢混凝土”或“SRC结构”.因其承载能力大、延性和韧性好、抗震性能高、防火耐久性 能好、综合效益高等显著特点,已被广泛应用于工业厂房及特殊结构、高层与超高层建筑的梁、柱、剪力墙 构件或简体结构等结构体系中_1].型钢组合结构按照型钢位置的差别,主要有实腹式和空腹式两类.实腹 式构件主要由型钢或钢板焊成,其截面形式多样,有工字型、H型、十字型、槽型、T字型以及圆钢管和方 钢管等,如图1所示.空腹式构件主要由钢桁架组成,其桁架一般通过缀条连接角钢或者槽钢而成,截面形 式主要有十字形、工字型和箱型等,如图2所示,其材料比较节省,但抗震性能不佳,施工比较复杂,限制了 其发展应用. 目 回 ㈣ 固囤 图1 型钢混凝土梁实腹式截面 图2型钢混凝土梁空腹式截面 国内外专家学者对型钢混凝土力学性能和设计方法已开展了深入细致的研究_2 ],而且在该领域已经 形成了成熟的技术规范.如:美国混凝土协会编制的混凝土结构设计规范《Building code requirements for structural concrete and commentary}(ACI 318—14)嘲;美国钢结构协会编制的钢结构设计规范《Specifi— cation for structural steel buildings}(ANSI/AISC 360 1O) ;日本规程《The standard for structure cal— culation of steel reinforced concrete}(AIJ—SRC 2001)ll。 ;欧洲统一规范《Design of composite steel and concrete structures,part1:General rules and rules for buildings}(简称EC 4)l1 ;前苏联《劲性混凝土结 构设计指南》(CH 3—78)[挖 ;中国台湾《钢骨钢筋混凝土构造设计规范与解说》(SRC 2004)[13 ;中华人民 共和国原建设部的《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2O01,即型钢规程)Ⅲ1 ]和中华人民共和国 原冶金部的《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082 2006,即钢骨规程)_1胡等. 对于型钢混凝土组合结构的设计方法口 国内外可以归纳为以下三种:第一种是基于混凝土结构设计 的方法,对型钢和混凝土的共同作用做出了考虑,如前苏联和我国的《型钢规程》就是采用了这种设计方 法;第二种是基于钢结构的方法,也考虑包裹的混凝土作用,特别是对于钢材用量大的情况时使用,如欧美 国家主要采用这种方法;第三种就是强度叠加的方法,将钢筋混凝土部分和型钢部分承载力进行简单的叠 加,中国台湾、El本和我国的《钢骨规程》就是采用这种方法. 1 各国规程关于型钢混凝土梁正截面承载力的计算方法 1.1 美国规程AISC 美国钢结构最新的设计规范《Specification for structural steel buildings}(ANSI/AISC 360—1O)根据 不同的设计需求,同时适用于容许应力法Allowable strength design(ASD)和荷载抗力分项系数法Load and resistance factor design(I RFD)这两种设计方法.美国第一部钢结构设计规范主要采用了考虑安全系 数的ASD法,安全系数主要来源于工程实践经验,而LRFD法是基于结构可靠度的通过分项系数和各种 荷载的组合来确定构件的承载能力的一种方法,理论更加可靠,并假定外包的钢筋混凝土梁与混凝土具有 自然黏结不需要附加锚固,对于外包混凝土组合梁纯弯构件,计算承载力时可以忽略混凝土的贡献,由钢 粱自身的塑性应力分布方法进行,可按下式计算: M≤ b·Mu (1) 式中:M为弯矩设计值; 为折减系数,取0.9;Mu为抗弯承载力,Mu—Z·fy,其中Z为型钢截面塑性 抗弯模量. 1.2日本规程AIJ-SRC 日本建筑学会的AU—SRc标准结构构造计算,主要对象构件是型钢混凝土,也包括钢管混凝土,对弯 26 青岛理工大学学报 第37卷 曲构件按容许应力设计法,假定弯曲构件的承载力为型钢部分和钢筋混凝土部分承载力总和;型钢部分钢 材不发生屈曲,型钢混凝土按下式进行计算: M≤ Mo+rMo (2) Mo一 Z· fb 一 n · f · J (3) (4) 式中:M为设计弯矩; Mo为钢骨部分的允许弯矩; Mo为钢筋混凝土部分的允许弯矩; Z为钢骨的截面系 数;。fb为钢材的允许弯曲应力; J一7/8 d; a 为受拉钢筋截面积; .厂I为钢筋允许拉应力; d为从受压区 重心到拉伸钢筋重心距离. 1.3前苏联规程CH 3—78 前苏联规程《劲性混凝土结构设计指南》(CH 3~78)主要是对实腹式构件进行设计,同时结构一定要 配置柔性钢筋即纵向钢筋和箍筋.对受弯构件正截面强度计算按照中和轴不通过劲性钢筋、通过劲性钢筋 腹板和通过劲性钢筋翼缘3种情况分别进行,根据受压区高度x判断: 若x一 若x一 自 一 ± 点[堕OIKIf < 按第一种情况计算; ,(5) (6) u 1_rP+2R。E > ,按第二种情况计算; /“’ 又昂一 0月 I异; 若式(5)、(6)都不满足,则按第三种情况计算. 对于第二种情况,中和轴通过劲性钢筋腹板,当X≤ 。时,对称型截面计算强度按下式计算: M—RIIvbX /2+R 。F (x—a )+RaE[wⅡA+(r—X) ]+R F ( 一x) 面积;RTT 为极限状态下混凝土轴拉强度. (7) 式中:RaE为型钢的轴向计算强度;R 、R 为纵筋的抗拉、抗压计算强度;F 、F'a为受拉受压纵向钢筋截 对于其他两种情况承载力计算和上述式中的符号及含义见文献[-12]. 1.4中国台湾规范SRC 2004 中国台湾的SRC 2004规范,结合了美国混凝土协会的混凝土结构设计规范ACI 318一l4和美国钢 结构协会规程Load and resistance factor design specification for structural steel buildings(AISC-LR— FD),对于包覆型的SRC梁,其M 参考AISC-LRFD规范型钢塑性强度M ,而强度折减系数参考了ACI 318第九章的规定,设计弯矩强度采用叠加法_l ,计算公式如下: CbMn一 b。M.s+ b M (8) 式中:声 为型钢部分的弯矩强度折减系数,为0.9; 为钢筋混凝土部分弯矩强度. 为钢筋混凝土部分的弯矩强度折减系数,为0.9; Mn 为型钢部分的弯矩强度,Mn 一ZF ,其中,Z为型钢塑性断面系数,F 为型钢的规定降伏应力;Mnr 需要说明的是,中国台湾的规范采用强度叠加法,虽然概念与日本AU—SRC规程概念相近,但还是有 所不同,前者采用极限强度法,后者采用容许应力法;两者型钢和钢筋混凝土计算方法依据各自的混凝土 设计规范进行,前者主要参考美国的计算公式. 1.5我国规程JG¥138M2001 我国的《型钢规程》应用极限平衡理论的方法,并假设:①截面应变一直保持平面,混凝土和型钢之间 的相对滑移不做考虑;②混凝土受压区的应力图形简化为等效矩形,混凝土的极限压应变为0.003,对应 的最大压应力取混凝土轴心抗压强度,对混凝土的抗拉作用不计;③腹板的压应力图形和拉应力图形全部 简化为应力矩形;④钢材的应力遵守胡克定律,且不超过强度极限设计值. 对于型钢混凝土梁其截面形式为实腹式充满型,其截面承载力简化图形如图3所示,承载力计算时按 照非抗震和抗震分别计算: 第3期 陈燕,等:各国规程对型钢混凝土梁抗弯承载力计算对比分析 27 . 毽 。 , 目 ; ,} Yn —=_ , 图3充满型的梁截面承载力简化图形 非抗震设计:M≤ 如( 。一x/2)+ A s(^。一口 。)+厂 A f( 。一口 )+M自 抗震设计:M≤ [ bx( 。一x/2)+ftYA s( 。一n )+厂 A f(^。一 )+Ma ] { f s f a —t As—t aA N 一0 Naw=::[2.5 一( + )It ho厂a 当31ho<1.25x,32ho>1.25x时, M 一E1/2( + )一( + )+2.5 一(1.25 ) It h'ofa ===0.8/(19. 蒜 ) 型钢混凝土梁的混凝土受压区高度.z还要满足以下的前提条件: ≤ 。;35"≥n +tf 式中符号的相关含义见文献E143. 1.6我国规程YB 9082m2006 原冶金工业部的《钢骨规程》采用叠加原理,参考了日本的计算标准, 其抗弯承载力计算,对于双轴对称的充满型的实腹式型钢混凝土梁,如图 4所示,其正截面承载力的计算是将型钢和混凝土部分的承载力分别计 算后叠加: M≤M爵-9M盘 (16) 图4型钢为对称布置的梁截面 (17) / .钢骨部分承受的抗弯承载力,不考虑地震作用时: 』 一 , ·Wss·厂s / /●\/ 考虑地震作用时: ) /●\) 嗡一 U ) )) ) ) [ys·wSs· ] (18) ,RE 式中:ys为塑性发展系数,钢骨为工字型的截面可以取为1.05. 钢筋混凝土部分的受弯承载力,不考虑地震作用时: 一A。·厶· b0 1 (19) 考虑地震作用时: M 一 式中: [A · · bo] (20) ,RE 为受拉纵筋的抗拉强度设计值;h 为受拉纵筋重心到截面受压边缘的距离; b0为受拉纵筋重 心到受压区压力合力点距离,计算中宜扣除钢骨的面积, 度 81. 一h∞一z/2,z一(厂yA 一 厂 A )/( · ),对于钢筋混凝土梁对称配筋情况,取.27一max{0.2hbo,2a 。),为混凝土受压区高 2各国规程对实腹式型钢混凝土梁的承载力计算对比分析 根据上述6种规程对型钢混凝土梁正截面抗弯承载力的计算方法,引用文献[2]的12个实腹式型钢 28 青岛理工大学学报 第37卷 混凝土梁试件进行抗弯承载力理论计算,并将理论计算值与试验值进行对比分析,结果如表1和表2所 示,由此得出: 1)由于型钢和钢筋混凝土的协同作用,抗弯承载力并不是将型钢和混凝土承载力进行简单叠加. 2)增加型钢混凝土梁受压区型钢保护层厚度,其极限承载力也随之提高. 3)AISC,AIJ—SRC,SRC 2004,YB 9082--2006的计算值与试验值相比,偏差率分别在一86.57 ~ 62.08 ,一66.84 ~ 35.21 ,一66.98 ~--41.67 ,一66.31 ~一33.3O ,均为负偏差,说明 这几个规程都偏于保守,且AISC保守量最大,CH 3 78最接近试验值,JGJ 138 2O01相比其他规程吻 合度也较好. 表1 实腹式型钢混凝土梁抗弯承载力各规程试验值与理论计算值 注:Mo为试验极限承载力;M】、M2、M3、M4、M5、M6分别为按AISLE、AIJ—SRC、CH 3 78、SRC 2004、JGJ 138—2OO1、YB 9082 2006计算的实腹式型钢混凝土梁抗弯承载力 表2实腹式型钢混凝土梁抗弯承载力理论计算值与试验值的比较 注:Mo为试验极限承载力;M1、M2、M3、M4、Ms、M6分别为按AISC、AIJ—SRC、CH 3--78、SRC 2004、JGJ 138--2001、YB 9082— 2006计算的实腹式型钢混凝土梁抗弯承载力 第3期 陈燕,等:各国规程对型钢混凝土梁抗弯承载力计算对比分析 29 3 结论 1)用国外规程计算我国一些学者所做试验的型钢混凝土梁极限承载力时,计算结果比我国规程计算 得出的结果要保守很多,这说明外国规程不适用于我国的实际情况,但有借鉴意义. 2)前苏联CH 3—78规程和我国JGJ 138—2O01规程与试验结果较符合,而JGJ 138—2O01主要也 借鉴了前苏联的设计经验.JGJ138中只介绍了充满型实腹式型钢混凝土梁截面中和轴通过腹板的情况, 对于非充满型的截面中和轴不通过型钢或通过型钢上翼缘的没有介绍计算方法,对于工程人员选择合适 的规程有一定的困难,也说明我国的规程亟待修订,以符合所有的截面情况. 参考文献(References): [1]赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京:科学出版社,2001. ZHAO Hong-tie.Steel and concrete composite structures[M].Beijing:Science Press,2001. [2]中国建筑科学研究院.混凝土结构研究报告选集3[M].北京:中国建筑工业出版社,1994:470—472 China Academy of Building Research.The 3th building research of concrete structure report selection[M].Beijing:China Architecture and Building Press,1994:470—472. [3] 李灏.高强型钢混凝土受弯构件的受力性能研究[D].西安:西安建筑科技大学,2005. LI Hao.Research on mechanical behavior of high-strength steel reinforced concrete flexural member[D].Xi'an:Xi'an University of Ar— chitecture and Technology,2005. [4] 周琴,吴园园,谢志英,等.国内外型钢混凝土柱承载能力计算方法比较口].长江大学学报:自然科学版,2013,10(4):79—82. ZHOU Qin,WU Yuan-yuan,XIE Zhi-ying,et a1.Comparison of bearing capacity calculation methods in the specification for concrete- encased composite columns[J].Journal of Yangtze University:Natural Science Edition,2013,10(4):79—82. [5] 薛建阳,刘祖强,赵鸿铁,等.型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状[J].工业建筑,2014,44(3):134—146. XUE Jian-yang,LIU Zu-qiang,ZHA0 Hong-tie,et a1.State-of-the-art research on mechanical performance of steel reinforced concrete irregular section column structures[J].Industrial Construction,2014,44(3):134—146. [6] 贾金青,姚大立,余芳.预应力型钢超高强混凝土梁受剪承载力试验研究[J].工程力学,2014,31(8):126—133. JIA Jin-qing,YAO Da-li,YU Fang.Experimental study on shear capacity of pre-stressed I-steel ultrahigh reinforced concrete beams [J].Engineering Mechanics,2014,31(8):126—133. [7] 郑山锁,陶清林.型钢高强混凝土梁力学性能试验研究口].工程力学,2013,30(11):101—109. ZHENG Shan-suo,TAO Qing-lin.Experimental study on mechanical behavior of SRHSC beam[j]_Engineering Mechanics,2013, 30(11):101—109. [8] ACI 318—14,Building code requirements for structural concrete and commentary[S].Detroit:American oncrete ICnstitute,2014. [9] ANSI/AISC 36O一1O,Specification for structural steel buildings[S].Detroit:American Institute of Steel Construction,2010. [1O] AU—SRC(2001),The standard for structure calculation of steel reinforced concrete structures[S].Tokyo:Architectural Institute of Japan,2001. [11]Euro odeC 4,esiDgn of composite steel and concrete structures,partl:General rules and rules for buildings[S].London:British Standards Institution,1994. [12]苏联国家建设委员会.CH 3—78,劲性钢筋混凝土结构设计指南[S].柳春圃,译.1983. Soviet Union National Construction Committee.CH 3—78,Steel reinforced concrete structure design guidelines[S].Translator:LIU Chun-pu.1983. E13] SRC 2004,钢骨钢筋混凝土构造设计规范与解说[S].台北:内政部建研所出版社,2003. SRC 2004,Steel reinforced concrete structure design specification and commentary[S].Taibei:Ministry of the Interior Building Re— search Press,2003. [14] JGJ 138—2001,型钢混凝土组合结构技术规程[s].北京:中国建筑工业出版社,2002. JGJ 138—2o0l,Technical specification for steel reinforced concrete composite structures[s].Beijing:China Architecture and Build— ing Press,2002. [15] YB 9082--2006,钢骨混凝土结构技术规程[S].北京:冶金工业出版社,2007. YB 9082--2006,Steel reinforced concrete structure design procedures[S].Beijing:Metallurgical Industry Press,2007. (下转第42页) 42 青岛理工大学学报 第37卷 4.3优先发展公交系统,合理增加公交线路 公交系统的优先发展对于历史街区的保护性开发和交通的可持续发展是十分有效的途径[5].由于小 鱼山街区北部人流量相对较大,而附近仅有2条公交线路通过,不方便学校师生及当地居民公交出行,建 议优化调整公交线网,扩大公交站点覆盖率,在鱼山路上多增设几条公交线路,缓解周围交通压力. 4.4合理规划静态交通。停车场外围分散设置 《规范》规定,机动车公共停车场的服务半径不应大于300 m_2].由图8可以看出小鱼山街区的停车场 不满足《规范》要求.单位停车场夜间的停车率相对较低,可以鼓励单位停车场和旅游专用停车场夜间对外 开放,合理收费,以缓解街区停车供需不合理的问题.可以在莱阳路西侧、鱼山路选择合适地点规划建设公 共停车场,这样不但减少驶入街区内的机动车数量,又能提升街区活力,增强街区安全性. 5 结束语 历史街区的交通问题几乎是现存所有历史街区共同存在的问题,只有运用合理的交通组织规划方法, 才能改善街区的交通问题.笔者通过对小鱼山街区大量的实地调研,对街区内存在的交通问题进行了定性 和定量的分析,在此基础上提出了组织单向交通,合理规划路边停车、单位停车场对外开放等相关的解决 措施,希望能激活小鱼山街区的生机与活力,对历史街区交通问题的改善起到一定的积极作用. 参考文献(References): [1]惠英,张玉鑫,杨东援,等.历史街区的交通规划设计编制框架探讨EJ].城市规划学刊,2009(5):101—106. HUI Ying,ZHANG Yu—xin,YANG Dong-yuan,et a1.A discussion on transport planning and framework for historic areasl-J ̄.Journal of Urban Planning,2009(5):101—106. [2]GB 50220 95,城市道路交通规划设计规范[s]. GB 50220 95,Code for transport planning on urban roadl'S]. I-3]阮仪三.护城踪录[M].上海:同济大学出版社,2001. RUAN Yi—san.The city trace record[M].Shanghai:Tongji University Press,2001. [4]顾尚华.单向交通的主要优缺点分析_J].华东公路,1990(6):16—21. GU Shang—hua.Advantages and disadvantages of the one—way traffic[J].East China Highway,1990(6):16—21. [5]刘罗军.公交导向的旧城更新改造模式研究[D].南京:南京林业大学,2007. LIU Luo jun.Old city renewal and reconstruction of the bus guide model researchl,D].Nanjing:Nanjing Forestry University,2007. (上接第29页) [16]陈芳芝,李晋春.钢骨混凝土梁承载力计算方法的比较_J].山西建筑,2005,31(22):72—73. CHEN Fang zhi,LI Jin-churL Comparison of bearing capacity of steel reinforced concrete beams calculation methods[J].Shanxi Archi— tecture,2005,31(22):72—73. [17]翁正强.台湾第一部钢骨钢筋混凝土构造(SRC)设计规范之设计理念与重点内容llJ].建筑钢结构进展,2006,8(5):46—62. WENG Zheng—qiang.The first Taiwan building code for design of steel reinforced concrete(SRC)structures[J].Progress in Steel Building Structures,2006,8(5):46—62. [18]郭军庆,熊二刚,杨坤.混凝土对称配筋梁的抗弯承载力分析与计算EJ].长安大学学报:自然科学版,2011,31(5):72—76. GUO Jun—qing,XIONG Er-gang,YANG Kun.Analysis and calculation for ftexural capacity of symmetrically reinforced concrete beamsEJ].Journal of Chang’an University:Natural Science Edition,2011,31(5):72—76. 

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