钢-混凝土组合桁架式次梁的设计与试验分析

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1、钢结构技术专栏[编者按]上海欧本钢结构桁架工程有限公司是国内第一家专业预制桁架公司，引进北美技术，结合国内情况，研发生产了大柱距桁架檩条系统和组合上弦楼层桁架次梁。目前年产能约一万吨，经济效益显著。这里将陆续介绍他们在该项技术方面的成果和应用。钢-混凝土组合桁架式次梁的设计与试验分析1）2）3）伏万成吴玉华陈明0引言式中，b1，b2分别为梁外侧和内侧的混凝土翼板计算宽度，钢-混凝土组合桁架式次梁是一种以Z型薄壁冷弯钢板各取梁跨度的1/6和翼板厚度hc的6倍中的较小值。此外，和现浇混凝土翼板组合成上

2、弦的简支桁架梁，它充分发挥了b1尚不应超过翼板实际外伸宽度s1，b2不应超过相临钢梁间钢和混凝土各自的特点，是一种经济有效的结构形式。组合距s的1/2；当为中间梁时，b1＝b2。桁架梁受力简单明确，充分展现了桁架结构形式的魅力；结构外形简洁明快又不失美观大方；在相同的工况下较别的结构形式大大降低用钢量；加工简单，施工方便快捷节省工期。组合桁架式楼层次梁在欧美国家随处可见，应用极其广泛。在美国钢桁架发展非常成熟，已形成了一套完整的产业。美国专门设有行业学会“钢桁架学会”（简称SJI）；在北美钢桁架应

3、用非常广泛，其中组合桁架式楼层次梁被广泛应用于厂房、超市、住宅、办公等屋楼面。目前，平面式桁架在国内应用较少，而组合桁架式楼层梁在国内更属空白。但随着钢结构事业的迅猛发展，这种结构形式必将成为钢结构，特别是轻钢结构中不可忽视的力量。下面结合试验结果分析系统地介绍钢-混凝土组合桁架式次梁的设计方法。试验模型：组合次梁3根，跨度7.5m，梁高0.5m，梁图2桁架应变片布置间距1.25m，楼面80mm厚，C40混凝土，配Ф8@200单层钢筋网片，混凝土楼板及桁架梁测点应变片布置见图1，22。按640，9

4、60kg/m及偏载三种方式分别进行逐级加载。图中补充示意sn，b，b0,hf？最右边的b2应该为b1吧？组合桁架次梁的组合结构在承载力计算中只考虑组合上弦混凝土的受压作用，因此确定上弦混凝土楼板参与受力的有效作用宽度bf对桁架的受力起着决定性作用。将组合桁图1混凝土楼板板面、板底应变片布置（mm）架梁视为楼板体系中的次梁，其与混凝土共同作用可看成一个普通的T型梁，则混凝土参与受压的混凝土有效宽度可1组合桁架式次梁的组成视为T型梁的有效翼缘宽度。混凝土规范（GB50010-2002）上弦采用混凝土翼

5、板与Z型钢板组合上弦；腹杆采用及《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中的H型钢梁与混圆钢；下弦采用双角钢组合。上弦混凝土翼板应按《混凝土凝土组合梁中均给出了T型梁有效翼缘宽度，GB50010-2002[1]结构设计规范》（GB50010-2002）的规定进行设计。中有效翼缘宽度bf取梁跨度的1/3，b+12hf，b+sn三者中的混凝土翼板有效宽度bf（图3）应按下式计算：最小值；GB50017-2003中有效翼缘宽度bf取梁跨度的1/3，bf=b1+b2（1）作者介绍：1)伏万成，上海欧

6、本钢结构桁架工程有限公司设计部经理；2)吴玉华，浙江大学土木系（老师还是学生）；3)陈明，1上海欧本钢结构桁架工程有限公司董事长。电话：021－58814020；传真：021－58811135；http://www.open-joist.com。1005b0+12hf，b0+sn三者中的最小值；美国ACI规范中有效翼缘804上表面压应力603下表面拉应力宽度b取b+16h、梁跨度的1/4、次梁间距s三者中的最小40平均轴向压应力ff22001值。规范中的b为梁腹板宽度，b0为板托顶部宽度，hf为翼

7、με)-200上表面压应变-40下表面拉应变-1缘厚度，s为梁肋净距，s为次梁中心线之间的距离，当规应变(-60应力(MPa)n-2-80-100-3范中的b或b0取值为0时，其结果与组合梁的有效翼缘计-120-4-140-5算公式一致。但该有效翼缘宽度都是实腹式梁处于极限状态-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.8-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.8翼缘宽度(mm)翼缘宽度(mm)下的取值，考虑到组合桁架式梁为空腹式梁，另外规范给定(a)混凝土板各

8、测点应变(b)混凝土板应力分布及平均轴向压应力2的是极限状态，而实际上组合桁架式梁计算一般采用弹性理图6960kg/m组合上弦混凝土板应力、应变分布论，因此，规范给出的有效翼缘宽度是否适用，是一个值得根据规范及试验结果得到的有效作用宽度值bf(m)表1探讨的问题，需通过试验分析来确定。试验结果GB50010-2002GB50017-2003美国ACI有效作用宽度的试验确定方法，其原理与有效翼缘宽度2640kg/m0.970.960.961.25的试验确定方法相同，可以参照T型梁考虑