负弯矩作用下钢管混凝土组合框架端板连接节点的抗弯承载力计算方法.docx

1、负 弯 矩 作 用 下 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 端 板 连 接 节 点 的 抗 弯 承 载 力 计 算 方 法王 静 峰 1， 2 龚 旭 东 1 姜 涛 1( 1 合 肥 工 业 大 学 ， 安 徽 合 肥 23000 9; 2 安 徽 省 土 木 工 程 结 构 和 材 料 省 级 实 验 室 ， 安 徽 合 肥 23000 9)摘 要 : 为 了 获 悉 负 弯 矩 作 用 下 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 端 板 连 接 节 点 的 抗 弯 承 载 力 ， 给 出 组 合 节 点 的 失 效 模 式 ， 建 立 对 称 荷 载 和 非 对 称 荷 载 作 用 下 组

2、合 节 点 的 力 学 模 型 ， 详 细 考 虑 柱 截 面 类 型 、 端 板 类 型 、 荷 载 类 型 、 楼 板 组 合 作 用 的 影 响 。 基 于 节 点 失 效 模 式 ， 分 别 提 出 钢 筋 抗 拉 承 载 力 、 螺 栓 抗 拉 承 载 力 、 连 接 抗 压 承 载 力 等 组 件 承 载 力 的 简 化 计 算 方 法 。 根 据 力 学 平 衡 原 理 和 力 学 模 型 ， 利 用 组 件 法 ， 确 定 组 合 节 点 受 弯 中 和 轴 位 置 ， 分 别 提 出 平 齐 端 板 连 接 和 外 伸 端 板 连 接 钢 管 混 凝 土 组 合 节 点 在

3、负 弯 矩 作 用 下 的 承 载 力 计 算 公 式 。 用 试 验 结 果 验 证 了 所 提 组 合 节 点 抗 弯 承 载 力 简 化 计 算 方 法 的 正 确 性 ， 研 究 成 果 可 为 建 立 半 刚 性 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 设 计 理 论 提 供 科 学 依 据 。关 键 词 : 端 板 连 接 ; 钢 管 混 凝 土 组 合 节 点 ; 抗 弯 承 载 力 ; 负 弯 矩 作 用 ; 组 件 法中 图 分 类 号 : TU377 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1000- 131X( 2014) 02- 0052- 10Calculatio

4、n methods for flexible capacities of end plate joints for CFST composite frames under negative momentsWang Jingfeng1， 2 Gong Xudong1 Jiang Tao1( 1 Hefei University of Technology， Hefei 23000 9， China; 2 Anhu i Civil Engineering Structures and Materials Laboratory， Hefei 23000 9， China)Abstract: To l

5、earn about the flexible capac ities of end plate connec tions for concrete- filled steel tubular ( CFST) composite frame under negative moments， failure models of the composite joints are given Mechan ical models of composite joints under symmetrical and non- symmetrical loading are proposed respect

6、ively Effects of end plate type， column section type， load type and composite action of slab are considered Based on failure models， simplified calculation methods for reinforced tensile capac ity， bolt tensile capac ity and joint compressive capac ity are suggested respectively According to the mec

7、han ical equilibrium principle and mechan ical model， location of plastic natural axis was determined by the component method The calculation methods of the flexible capac ities of flush and extended end plate composite joints under negative moments are proposed respectively The proposed simplified

8、methods for the flexible capac ities of composite joints are verified by test results The research results can provide scientific reference for the design of semi- rigid CFST composite framesKeywords: end plate connec tions; concrete- filled steel tubular composite joint; flexible capac ity; negativ

9、e moment; component methodE- mail: jfwang008 163 com引 言钢 管 混 凝 土 柱 与 钢 - 混 凝 土 组 合 梁 组 成 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 结 构 ， 近 年 来 已 成 为 应 用 较 多 的 一 种 建 筑 抗 震 结 构 形 式 。 目 前 钢 管 混 凝 土 框 架 梁 柱 节 点 主 要 采 用 外 环 板 、 内 隔 板 、 承 重 销 等 刚 接 或 铰 接 形 式 1 。基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 ( 5117815 6、 50808062 ) 、 教 育 部 新 世 纪 优 秀

10、人 才 计 划 项 目 ( NCET- 12- 083 8)作 者 简 介 : 王 静 峰 ， 博 士 ， 教 授 收 稿 日 期 : 201 3- 02- 28在 1994 美 国 Northridge 地 震 和 1995 日 本 Kobe 地 震 中 ， 众 多 钢 结 构 建 筑 由 于 梁 柱 钢 板 焊 接 节 点 发 生 断 裂 破 坏 ， 而 螺 栓 连 接 节 点 破 坏 较 少 见 。 震 后 调 查 发 现 ， 节 点 破 坏 大 多 是 由 于 钢 梁 下 翼 缘 与 钢 柱 翼 缘 的 对 接 焊 缝 断 裂 引 起 。现 有 的 钢 框 架 设 计 和 分 析 假

11、定 梁 柱 连 接 为 完 全 刚 接 或 理 想 铰 接 ， 但 是 实 际 工 程 中 大 多 数 连 接 一 般 很 难 达 到 这 两 种 理 想 状 态 ， 介 于 刚 接 和 铰 接 之 间 的 半 刚 性 连 接 2 。 在 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 设 计 中 ， 应 考 虑 半 刚 性 连 接 的 影 响 ， 并 确 定 准 确 的 连 接 弯 矩 - 转 角 关 系 模 型 。 节 点 抗 弯 承 载 力 是 连 接 弯 矩 - 转 角 关 系 模 型 中 重要 的 特 征 值 之 一 。目 前 国 内 外 学 者 3 在 试 验 基 础 上 提 出 了 H 型

12、钢 框 架 端 板 连 接 的 抗 弯 承 载 力 计 算 方 法 。 Li 等 4 、 李 国 强 等 2 和 石 文 龙 5 采 用 了 欧 洲 规 范 EC3 6 组 件 法 和 塑 性 分 析 法 ， 并 考 虑 了 楼 板 组 合 作 用 ， 提 出 了 H 型 钢 柱 与 钢 - 混 凝 土 组 合 梁 平 齐 端 板 连 接 的 抗 弯 承 载 力 简 化 计 算 方 法 。 另 外 ， 目 前 对 于 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 刚 性 节 点 的 抗 弯 承 载 力 理 论 也 有 一 定 研 究 。 例 如 聂 建 国 等 7 、 韩 林 海 等 8 基 于 试 验

13、 或 有 限 元 分 析 ， 分 别 建 立 了 内 隔 板 、 外 环 板 连 接 钢 管 混 凝 土 组 合 节 点 的 抗 弯 承 载 力 计 算 方 法 。 王 静 峰 等 9- 10 开 展 了 半 刚 性 钢 管 混 凝 土 框 架 端 板 连 接 的 静 力 试 验 、 抗 震 试 验 和 理 论 分 析 ， 但 是 未 考 虑 混 凝 土 楼 板 组 合 作 用 的 影 响 。 因 此 ， 目 前 对 半 刚 性 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 节 点 的 抗 弯 承 载 力 计 算 方 法 研 究 较 少 见 ， 限 制 了 此 类 新 型 组 合 节 点 的 设 计 和

14、 应 用 。本 文 给 出 了 组 合 节 点 的 失 效 模 式 ， 分 别 建 立 了 对 称 荷 载 和 非 对 称 荷 载 作 用 下 组 合 节 点 的 力 学 模 型 ， 详 细 考 虑 了 柱 截 面 类 型 、 端 板 类 型 、 荷 载 类 型 、 楼 板 组 合 作 用 的 影 响 。 基 于 节 点 失 效 模 式 ， 分 别 提 出 相 应 组 件 的 承 载 力 简 化 计 算 方 法 。 根 据 力 学 平 衡 原 理 和 力 学 模 型 ， 利 用 组 件 法 ， 分 别 提 出 了 平 齐 端 板 连 接 和 外 伸 端 板 连 接 组 合 节 点 在 负 弯

15、矩 作 用 下 的 承 载 力 计 算 公 式 。 研 究 成 果 将 为 半 刚 性 钢 管 混 凝 土 组 合 框 架 设 计 理 论 建 立 奠 定 理 论 基 础 。1 组 合 节 点 的 失 效 模 式组 合 节 点 的 失 效 模 式 是 计 算 连 接 抗 弯 承 载 力 的 理 论 基 础 。 对 于 负 弯 矩 作 用 下 端 板 连 接 钢 管 混 凝 土 组 合 节 点 ， 在 出 现 下 列 一 个 或 多 个 失 效 模 式 时 ， 节 点 可 能 会 失 去 继 续 承 受 荷 载 的 能 力 : 混 凝 土 楼 板 内 纵 向 受 力 钢 筋 受 拉 屈 服 或

16、者 断 裂 ; 钢 梁 上 翼 缘 焊 接 的 抗 剪 连 接 件 失 效 ， 或 周 围 混 凝 土 翼 板 局 部 受 压 破 坏 ;高 强 螺 栓 受 拉 时 发 生 屈 服 或 断 裂 ; 端 板 受 弯 屈 服 ; 端 板 与 钢 梁 之 间 焊 缝 发 生 断 裂 ; 钢 梁 腹 板 受 弯 屈 服 或 屈 曲 ; 钢 梁 上 、 下 翼 缘 受 压 屈 服 或 屈 曲 ; 柱 壁 屈 服 或 屈 曲 ; 纵 向 受 力 钢 筋 的 锚 固 作 用 失 效 ;与 柱 钢 管 壁 接 触 的 混 凝 土 楼 板 受 压 破 坏 。本 文 建 立 的 组 合 节 点 力 学 模 型 不

17、 考 虑 焊 缝 破 坏 和 钢 筋 锚 固 失 效 的 问 题 ， 考 虑 了 本 文 所 提 组 件 可 能 发 生 的 失 效 模 式 。 基 于 此 失 效 模 式 ， 确 定 负 弯 矩 作 用 下 各 组 件 承 载 力 ， 获 得 组 合 节 点 中 和 轴 位 置 ， 根 据 力 学 平 衡 原 理 确 定 负 弯 矩 作 用 下 组 合 节 点 的 抗 弯 承 载 力 。2 组 合 节 点 的 力 学 模 型考 虑 混 凝 土 楼 板 影 响 的 钢 管 混 凝 土 框 架 端 板 连 接 组 合 节 点 ， 其 拉 力 主 要 包 括 中 和 轴 上 方 的 混 凝 土 翼

18、 板 内 的 钢 筋 拉 力 和 螺 栓 拉 力 ， 压 力 主 要 包 括 中 和 轴 下 方 钢 梁 通 过 端 板 与 柱 壁 直 接 接 触 的 压 力 。 在 非 对 称 荷 载 负 弯 矩 作 用 下 ， 除 对 称 荷 载 作 用 下 的 受 力 外 ， 还 受 到 混 凝 土 楼 板 和 柱 壁 之 间 的 局 部 压 力 、 节 点 域 腹 板 剪 力 作 用 。图 1 平 齐 端 板 连 接 组 合 节 点 的 力 学 模 型Fig 1 Mechanical model of flush endplate composite joint图 2 外 伸 端 板 连 接 组 合

19、 节 点 的 力 学 模 型Fig 2 Mechanical model of extended endplate composite jointsc sc vvNcM / l + A f / 3对 称 荷 载 ( 负 弯 矩 M1 ) 作 用 下 ， 平 齐 端 板 连 接 和 外 伸 端 板 连 接 组 合 节 点 的 力 学 模 型 见 图 1 ( a) 和 图 2 ( a) 。 非 对 称 荷 载 ( 负 弯 矩 M1 和 M2 ) 作 用 下 ， 平 齐 端 板 连 接 和 外 伸 端 板 连 接 组 合 节 点 的 力 学 模 型 见 图 1 ( b) 和 图 2( b) 。3 负

20、 弯 矩 作 用 下 组 件 的 承 载 力3 1 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力3 1 1 对 称 荷 载 作 用对 于 承 受 对 称 荷 载 ( 负 弯 矩 M1 ) 作 用 下 的 组 合 节 点 ， 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 由 钢 筋 本 身 的 抗 拉 强 度 和 栓 钉 的 抗 剪 强 度 两 者 共 同 控 制 。 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 Fr 为 :Fr = Ar fy， r ( 1)式 中 : Fr 为 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 ; Ar 为 混 凝 土 楼 板 的 有就 等 于 连 接 两 侧 钢 筋 内 力 的 差 值 ， 即 :Fr1 = Fr2

21、 + Fcon ( 4)式 中 : Fr1 为 混 凝 土 局 部 抗 压 承 载 力 控 制 的 钢 筋 抗 拉 承 载 力 ; Fr2 为 承 受 较 小 弯 矩 一 侧 的 钢 筋 内 力 ; Fcon 为 混 凝 土 楼 板 与 柱 壁 的 局 部 抗 压 承 载 力 。在 承 受 较 小 弯 矩 的 连 接 一 侧 ， 假 设 此 弯 矩 由 钢 筋 和 钢 梁 下 翼 缘 来 抵 抗 ， 可 以 得 到 这 一 侧 钢 筋 的 内 力 。 因 此 ， 在 承 受 较 小 弯 矩 的 连 接 一 侧 ， 钢 筋 内 力 和 连 接 压 力 相 等 ， 即 :Fr2 = Fc， j2

22、= Mc2 / lr ( 5)式 中 : Fc， j2 为 承 受 较 小 弯 矩 一 侧 的 连 接 抗 压 承 载 力 ; Mc2 为 作 用 在 连 接 一 侧 的 较 小 弯 矩 ; lr 为 钢 筋 中 心 到 钢 梁 下 翼 缘 中 心 的 距 离 。混 凝 土 楼 板 和 柱 壁 的 接 触 可 以 看 作 为 混 凝 土 的 局 部 受 压 问 题 ， 则效 宽 度 范 围 内 断 面 纵 向 受 力 钢 筋 的 总 截 面 面 积 ; fy， r 为钢 筋 屈 服 强 度 。 式 中 : b Fcon = 0 67bcf; h hs1cffcu ( 6)cf 为 柱 壁 宽

23、度 sl， cf 为 混 凝 土 楼 板 与 柱 壁 接 触 处当 承 受 负 弯 矩 时 ， 为 了 防 止 混 凝 土 楼 板 与 钢 梁 发 的 厚 度 ; 为 混 凝 土 局 部 受 压 强 度 的 增 大 系 数 ， 建 议 取生 滑 移 ， 钢 梁 上 翼 缘 焊 接 了 栓 钉 连 接 件 ， 承 受 水 平 方 1 25; fcu 为 混 凝 土 的 立 方 体 抗 压 强 度 。向 的 剪 力 ， 对 楼 板 内 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 起 到 分 担 作用 。 栓 钉 的 抗 剪 承 载 力 11 为 :F = n Nc ( 2)式 中 : Fsc 为 栓 钉 的

24、抗 剪 承 载 力 ; nsc 为 负 弯 矩 区 抗 剪 栓 钉 的 数 量 ; Nc 为 单 个 栓 钉 的 抗 剪 承 载 力 :( 2) 柱 节 点 域 腹 板 抗 剪 承 载 力 控 制 的 钢 筋 抗 拉 承载 力如 果 柱 节 点 域 腹 板 相 对 较 弱 ， 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 就 会 由 柱 节 点 域 腹 板 所 控 制 ， 则 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 表 示 为 :v = 0 43Asc 槡 Ec fc 0 7Asc fsc ( 3) Fr， cw， v = Fr2 + Fcw， v ( 7)式 中 : Ec 为 混 凝 土 的 弹 性 模 量 ;

25、fc 为 混 凝 土 的 抗 压 强 Fcw， v = Acw， vfy， cw /槡 3 ( 8)度 设 计 值 ; Asc 为 栓 钉 的 栓 杆 截 面 面 积 ; fsc 为 栓 钉 的 抗 式 中 : F r， cw， v为 由 节 点 域 柱 腹 板 抗 剪 承 载 力 控 制 的 钢 筋拉 强 度 设 计 值 ; 为 栓 钉 的 抗 拉 强 度 最 小 值 与 屈 服 强 抗 拉 承 载 力 ; Fcw， v为 柱 腹 板 的 抗 剪 屈 服 承 载 力 ; Acw， v 为度 的 比 值 。 柱 腹 板 有 效 受 剪 面 积 ( 对 于 热 轧 截 面 Acw， v = Ac

26、 2bcf tcf当 Fr Fsc 时 ， 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 由 栓 钉 的 抗 剪 承 + ( tcw + 2rc ) tcf， 其 中 Ac 为 柱 全 截 面 积 ; 对 于 焊 接载 力 控 制 ， 则 Fr = Fsc ， 按 式 ( 2 ) 计 算 ; 当 Fr Fsc 时 ， 钢 截 面 Acw， v = hcw tcw) ; fy， cw为 钢 管 的 屈 服 强 度 。筋 的 抗 拉 承 载 力 由 钢 筋 本 身 抗 拉 强 度 控 制 ， 按 式 ( 1 ) 因 此 ， 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 为 :计 算 。3 1 2 非 对 称 荷 载 作 用

27、Arfy， r ( 或 Arcfy， r + Am fy， m )在 非 对 称 荷 载 作 用 下 ， 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 会 不 同 于 对 称 荷 载 作 用 下 钢 筋 的 抗 拉 承 载 力 ， 主 要 受 到 混 凝 土 局 部 抗 压 承 载 力 和 柱 节 点 域 腹 板 抗 剪 承 载 力 影 响 。 ( 1) 混 凝 土 局 部 抗 压 承 载 力 控 制 的 钢 筋 抗 拉 承nsc NvFr = minMc2 / lr + 0 67bcf hs1cf fcuc2 r cw， v y， cw 槡3 2 螺 栓 的 抗 拉 承 载 力( 9)载 力节 点 两 侧

28、 承 受 非 对 称 弯 矩 作 用 时 ， 会 引 起 柱 两 侧 钢 筋 的 内 力 存 在 差 异 。 为 保 持 节 点 内 钢 筋 的 内 力 平 衡 ， 承 受 较 小 弯 矩 一 侧 的 混 凝 土 楼 板 必 然 会 与 柱 壁 接 触 而 受 压 ， 以 平 衡 两 侧 钢 筋 的 内 力 。 节 点 两 侧 不 平 衡 的 钢 筋 内 力 主 要 通 过 混 凝 土 楼 板 作 用 在 柱 壁 上 ， 因 此 混 凝 土 楼 板 和 柱 壁 之 间 由 于 接 触 而 产 生 的 局 部 压 力对 于 端 板 连 接 钢 管 混 凝 土 组 合 节 点 ， 螺 栓 的 失

29、效 模 式 主 要 有 螺 栓 受 拉 屈 服 或 断 裂 、 端 板 受 弯 屈 服 、 柱 壁 受 撬 力 屈 服 或 屈 曲 三 种 情 况 。 因 此 ， 螺 栓 的 抗 拉 承 载 力 取 决 于 柱 壁 、 端 板 和 螺 栓 ， 可 取 三 者 最 小 值 。 螺 栓 在 对 称 荷 载 或 非 对 称 荷 载 下 的 抗 拉 受 力 模 式 相 同 ， 因 此 不 做 单 独 讨 论 。( 1) 柱 翼 缘 壁 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力图 5 端 板 受 力 简 化 模 型2f tyc c 槡 p yc c 当 螺 栓 受 到 拉 力 作 用 时 ， 与 螺 栓

30、连 接 钢 管 混 凝 土 柱 翼 缘 壁 会 由 于 受 拉 发 生 向 外 的 鼓 曲 变 形 ， 同 时 与 受 拉 柱 壁 相 邻 的 两 侧 柱 腹 板 壁 会 产 生 对 称 的 向 内 弯 曲 变 形 。 考 虑 两 侧 柱 腹 板 壁 弯 曲 变 形 对 结 构 约 束 力 的 影 响 ， 将 两 侧 产 生 对 称 弯 曲 变 形 的 柱 腹 板 壁 对 受 拉 柱 翼 缘 壁 在 平 行 方 向 的 约 束 简 化 为 弹 簧 约 束 ， 垂 直 其 方 向 上 的 约 束 简 化 为 滑 动 支 座 ， 见 图 3。图 4 柱 翼 缘 壁 破 坏 机 制Fig 4 Fai

31、lure mechanism of column flange2yc c ( ) + 2槡 ( 1 ) ( 1 ) Fbo， c = min( 1 ) 2 ( + )f t 1 + 2 2( 1 ) ( 1 ) ( 12)图 3 柱 腹 板 壁 约 束 简 化 模 型Fig 3 Simplified restricted model of column web柱 翼 缘 壁 发 生 台 形 破 坏 机 制 时 螺 栓 的 极 限 抗 拉 承 载 力 为 ， 见 图 4( a) :2f t2F = yc c ( ) + 2 ( 1 ) ( 1 ) ( 10)p ( 1 )柱 翼 缘 壁 发 生

32、锥 形 破 坏 机 制 时 ( 见 图 4 ( b) ) 螺 栓 的 极 限 抗 拉 承 载 力 为 :式 中 : Fbo， c 为 柱 翼 缘 壁 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力 。( 2) 端 板 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力 对 于 梁 柱 端 板 连 接 ， 可 将 弯 矩 简 化 为 作 用 于 钢 梁上 的 力 偶 。 受 力 分 析 时 可 参 考 EC3 6 规 范 采 用 “T 形 连 接 件 ”方 法 ( T- stud Method) ， 把 端 板 区 域 简 化 为 “T 形 件 ”， 见 图 5。2 ( + ) F = f t 1 + 2 2( 1

33、 ) ( 1 ) ( 11) Fig 5 Simplified mechanical mode of end plate式 中 : 、 、 为 孔 距 影 响 系 数 ， 分 别 按 下 式 计 算 : 由 端 板 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力 的 简 化 计 算 表 XB YB d = D t ， = D t ， = D tFp 为 柱 壁 对 应 破 坏 机 制 时 的 螺 栓 承 载 力 ; fyc 为 柱 壁 钢 材 强 度 设 计 值 ; D 为 受 拉 柱 壁 直 径 或 宽 度 ， tc 为 钢 管 厚 度 ; 对 于 矩 ( 方 ) 形 钢 管 混 凝 土 柱 ， X

34、B 为 两 列 螺 栓 孔 洞 中 心 间 距 ; 对 于 圆 形 钢 管 混 凝 土 柱 ， XB 是 沿 柱 壁 表 面 的 螺 栓 孔 中 心 之 间 的 弧 长 ; YB 为 最 上 排 螺 栓 孔 洞 与 最 下 排 螺 栓 孔 洞 的 中 心 间 距 ; d 为 螺 栓 孔 洞 直 径 。柱 翼 缘 壁 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力 由 两 种 破 坏 机 制 同 时 控 制 ， 取 最 不 利 情 况 ， 则 柱 壁 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力 为 :达 为 :F = ( 5 5 0 021m + 0 017e) t2 f ( 13)bo， ep e ep

35、y， ep式 中 : Fbo， ep 为 端 板 控 制 的 螺 栓 抗 拉 承 载 力 ( N) ; tep 为 端 板 厚 度 ( mm) ; me 为 螺 栓 中 心 至 梁 腹 板 的 距 离 ; fy， ep 为 端 板 材 料 的 屈 服 强 度 ( N / mm2 ) ; e 为 螺 栓 中 心 至 端 板边 缘 的 距 离 ， 对 于 弧 形 端 板 ， 距 离 为 沿 端 板 表 面 的 弧 长 。( 3) 螺 栓 本 身 控 制 的 极 限 抗 拉 承 载 力 在 高 强 螺 栓 端 部 焊 接 了 螺 纹 钢 筋 ， 有 效 地 提 高 了螺 栓 与 钢 管 内 核 心

36、混 凝 土 的 锚 固 作 用 。 因 此 ， 在 计 算 螺 栓 本 身 控 制 的 极 限 抗 拉 承 载 力 时 ， 应 考 虑 钢 筋 锚 固235fy， bfy， bf235fy， bflabo 槡 la2作 用 ， 结 合 现 有 规 范 ， 螺 栓 本 身 控 制 的 极 限 抗 拉 承 载 力 表 达 式 为 :Fcw， bu = 8 5Aeff fy， cw ( 17)在 计 算 钢 梁 翼 缘 的 抗 压 承 载 力 时 ， 钢 梁 翼 缘 发 生Fbo， la = Abo fy， bo + d f / bo ( 14)屈 服 或 者 屈 曲 与 钢 梁 翼 缘 的 宽 厚

37、 比 有 关 。 当 bbf / tbf 22槡 235 / fy， bf 时 ， 钢 梁 翼 缘 会 发 生 受 压 屈 服 ; 当 bbf / tbf 式 中 : Fbo， la 为 螺 栓 自 身 控 制 的 极 限 抗 拉 承 载 力 ; n 为 同排 受 拉 螺 栓 的 数 目 ; f 为 螺 栓 的 屈 服 强 度 ( N / mm2 ) ; 22槡 235 / fy， bf 时 ， 钢 梁 翼 缘 会 发 生 受 压 屈 曲 ， 表 达 如 下 :bv， boA 为 单 个 螺 栓 的 截 面 面 积 ( mm2 ) ; 为 锚 固 力 影 响 系 数 ; 为 锚 固 钢 筋 的

38、 外 形 系 数 ， 按 建 筑 抗 震 设 计 规 Fbf， c = tbf bbf fy， bf bftbf 22 235 槡 fy， bf ( 18)范 12 取 值 ; l 为 锚 固 钢 筋 长 度 ( mm) ; d 为 锚 固 钢 筋 22t2 bbf 22 235 a直 径 ( mm) ; ft 为 与 锚 固 钢 筋 接 触 的 混 凝 土 抗 拉 强 度 设 : Fbf， c bf fy， b槡 f tbf 槡 fy， bf计 值 ( N / mm2 ) ; 式 中为 考 虑 螺 栓 撬 力 影 响 的 折 减 系 数 ， 为 钢 梁 翼 缘 受 压 承 载 力 。bo取

39、1 33。在 讨 论 螺 栓 本 身 控 制 的 极 限 抗 拉 承 载 力 时 ， 考 虑 到 当 端 板 厚 度 较 小 时 ， 端 板 受 拉 后 与 钢 管 混 凝 土 柱 壁 将 产 生 弯 曲 变 形 ， 在 其 端 部 产 生 撬 力 ， 会 由 于 杠 杠 作 用 降 低 螺 栓 的 抗 拉 承 载 力 。 当 有 撬 力 存 在 时 ， 螺 栓 承 受 的 拉 力 会 增 加 25% 40% 。 因 此 ， 螺 栓 的 抗 拉 承 载力 Fbo 表 达 式 为 :2 钢 结 构 设 计 规 范 11 对 钢 梁 受 压 翼 缘 自 由 外 伸宽 度 b 和 翼 缘 厚 度 t

40、 的 比 值 限 定 为 b / t 13槡 235 / fy 。 另 外 ， 高 层 民 用 建 筑 钢 结 构 结 构 技 术 规 程 13 给 出 了 塑 性 设 计 时 梁 受 压 翼 缘 自 由 外 伸 宽 度 b 和 翼 缘 厚 度 t 的 比 值 限 定 为 b / t 9槡 235 / fy 。 因 此 ， 连 接 抗 压 承 载 力 为 : Aeff fy， cw 8 5A feff y， cw 2fyc t ( ) + 2 槡 ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) Fc， j = min tbf bbf f bbf 22 235 ( 19)fyc t Fbo = min1 2

41、( 1 ) + 2 ( + )( 1 ) tbf b 槡 fy， bf( 5 5 0 021me + 0 017e) tep fy， ep 22tbf fy， b槡 f 22 2 2 bftbf235fy， bfFbo， la = nAbo fy， bo + d ft / bo ( 2) 非 对 称 荷 载 作 用 在 非 对 称 荷 载 作 用 下 ， 连 接 抗 压 承 载 力 也 受 钢 管3 3 连 接 抗 压 承 载 力( 1) 对 称 荷 载 作 用( 15) 混 凝 土 柱 壁 的 受 压 屈 服 承 载 力 和 抗 压 屈 曲 承 载 力 、 钢 梁 翼 缘 抗 压 屈 服 承

42、 载 力 和 抗 压 屈 曲 承 载 力 的 影 响 ， 其 计 算 公 式 与 对 称 荷 载 下 计 算 公 式 相 同 。 另 外 ， 在 非 对连 接 抗 压 承 载 力 由 钢 混 凝 土 管 柱 壁 、 钢 梁 共 同 控 称 作 用 下 ， 还 受 到 柱 节 点 域 腹 板 抗 剪 承 载 力 和 非 对 称制 ， 当 其 中 一 个 组 件 发 生 屈 服 或 屈 曲 ， 即 表 示 节 点 达 荷 载 M2 的 作 用 。 其 抗 压 承 载 力 表 示 为 :到 屈 服 状 态 ， 可 取 下 列 情 况 最 小 值 : 柱 腹 板 壁 抗 压 屈 Fc， j = Fc，

43、 j2 + Fcw， v ( 20)服 承 载 力 Fcw， c ; 柱 壁 抗 压 屈 曲 承 载 力 Fcw， bu ; 钢 梁 翼 缘抗 压 屈 服 承 载 力 Fbf， c ; 钢 梁 翼 缘 抗 压 屈 曲 承 载 力 Fbf， bu 。因 此 ， 连 接 抗 压 承 载 力 可 以 表 示 为 :Mc2 / Ir + Acw， v fy， cw /槡 3在 计 算 钢 管 混 凝 土 柱 腹 板 壁 的 抗 压 屈 服 承 载 力 时 ， 要 考 虑 柱 轴 力 和 螺 栓 压 力 范 围 的 影 响 ， 表 达 如 下 :Fc， j = minAeff fy， cw8 5Aeff

44、 fy， cw( 21)Fcw， c = c Aeff fy， cw ( 16)式 中 : Fcw， c 为 柱 壁 抗 压 屈 服 承 载 力 ; c 为 钢 管 混 凝 土 tbfbbf fy， bf bbftbf 22 235 槡 fy， bfbf fy， bf 22 235 局 压 强 度 增 大 系 数 ， c = Ac / AL ; Aeff 为 螺 栓 压 力 作 用 在柱 壁 上 有 效 范 围 ， 取 螺 栓 孔 周 边 0 5 倍 螺 栓 直 径 区 域 内 的 环 形 面 积 。22t2235槡 fy， bfbbftbf 槡 fy， bf在 计 算 钢 管 混 凝 土 柱

45、 的 抗 压 屈 曲 承 载 力 时 ， 主 要 影 响 因 素 有 钢 管 厚 度 、 柱 截 面 的 总 高 度 、 压 力 作 用 的有 效 范 围 。 取 0 5D 作 为 柱 在 水 平 压 力 作 用 下 的 有 效 长 度 ， 柱 腹 板 壁 的 屈 曲 承 载 力 表 达 如 下 :4 负 弯 矩 作 用 下 组 合 节 点 的 抗 弯 承 载 力4 1 计 算 假 定当 确 定 了 节 点 各 组 件 在 不 同 破 坏 模 式 下 的 承 载( h力 ， 并 考 虑 混 凝 土 楼 板 的 组 合 作 用 影 响 ， 节 点 连 接 区 域 的 受 压 区 高 度 可 以

46、通 过 力 学 平 衡 原 理 进 行 确 定 。根 据 各 组 件 的 承 载 力 ， 对 钢 筋 截 面 中 心 取 矩 ， 负 弯 矩 作 用 下 组 合 节 点 抗 弯 承 载 力 Mu， n 为 :u， n c， j rbw bw y， bw + + Fc， j 再 根 据 力 学 平 衡 条 件 ， 计 算 出 负 弯 矩 作 用 下 组 合 节 点的 抗 弯 承 载 力 。M = F l + h t f lr hb2tbf2如 果 钢 梁 腹 板 的 受 压 区 高 度 过 大 ， 钢 梁 腹 板 的 局 部 受 压 屈 曲 会 成 为 限 制 钢 梁 受 压 承 载 力 的 主

47、 要 因 素 。( lr hb + 2tbf ) + be fcu xc， sl lr hb +tbf2 xc， sl2 ( 26)因 此 需 要 限 制 钢 梁 腹 板 的 有 效 受 压 区 高 度 ， 简 化 钢 梁 腹 板 受 压 承 载 力 的 计 算 。 根 据 EC3 规 范 6 规 定 ， 钢 梁 腹 板 的 受 压 区 最 大 高 度 限 值 取 为 :xc， bw， max = 38tbw槡 235 / fy， bw ( 22) 式 中 : xc， bw， max 为 钢 梁 腹 板 的 受 压 区 最 大 高 度 限 值 ; tbw 为 钢 梁 腹 板 的 厚 度 ; f

48、y， bw 为 钢 梁 腹 板 的 屈 服 强 度 。式 中 : lr 为 钢 筋 中 心 至 钢 梁 下 翼 缘 中 心 的 距 离 ; hb 为钢 梁 高 度 ; tbf 为 钢 梁 翼 缘 厚 度 。( 2) 第 二 种 : 中 和 轴 位 于 钢 梁 上 翼 缘 处在 此 种 情 况 下 ， 混 凝 土 楼 板 内 的 配 筋 率 也 较 高 ，混 凝 土 楼 板 的 混 凝 土 全 部 参 与 受 压 ， 此 时 钢 梁 上 翼 缘 处 压 力 Fc， bf 表 达 式 为 :假 定 钢 梁 腹 板 承 担 作 用 在 组 合 梁 截 面 上 的 全 部 剪 力 ， 由 于 剪 应 力 影 响 ， 钢 梁 腹 板 的 实 际 屈 服 强 度 需Fc， bf = minFc， jFr Fc， j