一种腹板开洞钢-混凝土组合梁的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种腹板开洞钢

【技术实现步骤摘要】
一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法


[0001]本专利技术涉及建筑结构这一
，具体涉及一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法。

技术介绍

[0002]腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁是一种常见的建筑结构形式。在多、高层建筑中设置的给排水管道、煤气管道、通风与空调管道等设备管线也越来越多,通过在腹板上开洞,让设备管线通过洞口,既能有效利用建筑空间,也有利于管线设备的布置。腹板开洞导致了组合梁的刚度、承载力下降,在洞口处出现明显的应力集中,将原本主要由腹板承受的剪力大量转移至洞口上部的混凝土翼板中,这就加速了混凝土翼板的开裂和破坏。不同形状的洞口,应力集中程度不同,因此可以通过选择合适的洞口形状来减少应力集中,缓解开洞造成的不利影响。
[0003]目前国内外已有的关于腹板开洞组合梁的研究主要针对矩形洞口的情况,对不同形状洞口的研究还是比较少。
[0004]白永生等(参考文献：白永生,蒋永生,梁书亭,等.腹板开洞的钢与混凝土组合梁承载力计算方法综述和探讨[J].工业建筑,2004(06):68
‑
70+83.)总结三种腹板开洞组合梁承载力的计算方法。
[0005]张伟等(参考文献：张伟,胡夏闽.腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的抗弯和抗剪设计[J].建筑钢结构进展,2009,11(05):25
‑
30.)介绍ASCE和EC4关于腹板开洞简支组合梁的抗弯和抗剪设计方法并给出了算例。
[0006]Tao Chen等(参考文献：Tao C,Gu X,Hua L.Behavior of Steel
‑
concrete Composite Cantilever Beams with Web Openings under Negative Moment[J].International Journal of Steel Structures,2011,11(1):39
‑
49.)通过试验与有限元方法,提出了一种计算负弯矩下腹板开孔梁承载力的方法。
[0007]已有研究成果对矩形洞口的腹板开洞组合梁受力性能进行了全面分析,但没有考虑洞口形状改变产生的影响,不同洞口形状对腹板开洞组合梁的承载力和变形能力会有什么影响？洞口形状改变是否会影响洞口区域的内力重分布？不同洞口形状是否会出现不同的传力机制。通过解决这些问题,可以得到洞口形状对腹板开洞组合梁受力性能的影响,从而找到合理的开洞形状来降低开洞造成的不利影响。也即，对于腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁，洞口的形状如何设计是缺乏研究的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法。
[0009]本申请的方案如下：
[0010]一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，建立有限元模型对腹板开洞钢
‑
混凝
土组合梁进行分析；
[0011]在有限元建模时，根据实际情况建立1/2钢
‑
混凝土组合梁模型,并施加相应的约束；
[0012]S1，确定单元类型
[0013]其中，混凝土采用solid65单元,同时考虑混凝土的开裂与压碎,破坏准则采用Willan
‑
Warke的五参数准则；
[0014]其中，混凝土中钢筋采用link180单元,不考虑混凝土与钢筋之间的相对滑移；
[0015]其中，上下翼缘采用solid45单元；
[0016]其中，腹板采用shell43单元模拟；
[0017]其中，栓钉采用beam188单元；
[0018]其中，采用非线性弹簧单元combin39模拟混凝土与钢梁之间交界面滑移；
[0019]其中，弹簧单元的数目与栓钉数目一致,在交界面处有三个节点重合,将混凝土底部节点与栓钉根部节点合并,再与对应位置处钢梁节点建立弹簧单元,栓钉单元其他节点与周围混凝土节点进行耦合；
[0020]S2，确定本构模型
[0021]S2
‑
1,混凝土单轴受压时的本构关系下式：
[0022][0023]σ
c
表示混凝土的压应力，f
c
表示混凝土的单轴抗压强度，ε表示应变，ε0表示混凝土的弹性应变；ε
cu
表示混凝土的极限应变
[0024]S2
‑
2,钢梁、钢筋、栓钉采用多线性等向强化模型,其表达为：
[0025][0026]σ表示钢的应力，
[0027]ε
y
表示钢的屈服应变或者钢的应力到达屈服点所产生的应变；
[0028]ε
h
＝12ε
y
；
[0029]E
s
表示钢的弹性模量；
[0030]ε表示钢的应变；
[0031]f
y
表示钢的屈服强度；
[0032]E
s
′
表示钢强化时的模量(即E
s
′
＝0.001E
s
)。
[0033]一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，在钢梁的腹板上布置开洞时，要满足：横截面条件下，洞口下方的钢梁截面面积大于洞口上方的钢梁截面。
[0034]一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，在计算抗剪时，对于任意一梁的断面，其剪切力为V,该端面混凝土部分的抗剪承载力V
u1
满足：
[0035]V
u1
>0.59V
[0036]该端面钢结构部分的抗剪承载力V
u2
满足：
[0037]V
u2
>0.54V。
[0038]一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，在计算抗剪时，对于任意一梁的断面，该端面混凝土部分的抗剪承载力V
u1
、钢结构部分的抗剪承载力V
u2
满足：
[0039]V
u2
≥0.915V
u1
[0040]本专利技术的优点在于：
[0041]第一，本申请提出了钢
‑
混凝土组合梁腹板开洞的有限元模型。
[0042]第二，本申请的研究发现：钢
‑
混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降；非正方形洞口组合梁因洞口形状有不同,极限变形有不同程度增强；不同形状的洞口也会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46％
‑
59％，而钢梁占总剪力的41％
‑
54％。结论：极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关；栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，其特征在于，在钢梁的腹板上布置开洞时，要满足：横截面条件下，洞口下方的钢梁截面面积大于洞口上方的钢梁截面。2.一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，其特征在于，在计算抗剪时，对于任意一梁的断面，其剪切力为V,该端面混凝土部分的抗剪承载力V
u1
满足：V
u1
>0.59V该端面钢结构部分的抗剪承载力V
u2
满足：V
u2
>0.54V。3.一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，其特征在于，在计算抗剪时，对于任意一梁的断面，该端面混凝土部分的抗剪承载力V
u1
、钢结构部分的抗剪承载力V
u2
满足：V
u2
≥0.915V
u1
4.一种腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁的设计方法，建立有限元模型对腹板开洞钢
‑
混凝土组合梁进行分析；其特征在于，在有限元建模时，根据实际情况建立1/2钢
‑
混凝土组合梁模型,并施加相应的约束；S1，确定单元类型；S2，确定本构模型：S2
‑
1,混凝土单轴受压时的本构关系下式：σ
c
表示混凝土的压应力，f
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖文远，蒋伟，陈静，谢鑫，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：