項(xiàng)目研發(fā)成果報(bào)告

1414頁(yè)10頁(yè)鋼筋混凝土板開孔組合構(gòu)造的爭(zhēng)論開發(fā)工程爭(zhēng)論成果報(bào)告一、任務(wù)的提出及開展?fàn)幷撻_發(fā)的目的意義鋼-混凝土組合梁通過(guò)抗剪連接件使鋼梁和混凝土樓板共同工作，提高了承載力和剛度。假設(shè)在鋼梁腹板上開孔使管道設(shè)施從中通過(guò)，可以降低層高，進(jìn)一步突出其經(jīng)濟(jì)性。但是，開孔截面會(huì)形成薄弱環(huán)節(jié)，需要考慮其對(duì)強(qiáng)度和撓度的影響。目前已有的爭(zhēng)論大多是關(guān)于腹板開孔組合梁的試驗(yàn)和強(qiáng)度計(jì)算，已經(jīng)較為成熟。但是，關(guān)于腹板開孔組合梁撓度的爭(zhēng)論還相對(duì)較少。Benitez等人擴(kuò)展了已有的爭(zhēng)論工作，將開孔截面分為承受剛性系桿連接的上部和下部截面，承受計(jì)入剪切效應(yīng)的剛度矩陣的方法，計(jì)算最大彎矩點(diǎn)撓度和孔端撓度差，并給出了有用計(jì)算公式。通常，單個(gè)開孔對(duì)撓度的影響很小，與剪切變形為同一量級(jí)。但在某些狀況下，其對(duì)撓度的影響會(huì)很大，比方開設(shè)有多個(gè)孔，或者在短梁的高缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)條文指導(dǎo)設(shè)計(jì)。為此，我們進(jìn)展本工程的爭(zhēng)論。的爭(zhēng)論方法和工藝技術(shù)路線，技術(shù)成熟程度及存在的問(wèn)題等。〕2023腹板未開孔組合梁的撓度計(jì)算ww0wa

和附加撓度w=w+w(1)0 a計(jì)算未開孔組合梁的撓度時(shí)考慮滑移影響，其截面抗彎剛度可以表示為：B=E

(2)s0 s0 sc式中：I I 0 sA0

I/AA Es cbAA EEsA cb

(3) s s 0 kl2 s 110s

=E/E

為鋼梁s c E s c sc

s

cb

為樓板參與整體抗彎的有效截面積，樓板參與整體抗彎的有效寬度為b

==2×l/8，blk

s ss

為栓釘?shù)牧袛?shù)，Ks

sc

為鋼梁與樓板的形心距離。未開孔組合梁的抗剪剛度，考慮混凝土樓板和鋼梁腹板的共同作用，可以表示為：S=G

(4)sw ccss

c

w

為鋼梁腹板的截Acs

為樓板參與抗剪的有效截面積，樓板參與抗剪的有效寬度為b=3h，hs c

為樓板厚度。。有了上述截面剛度，就可以計(jì)算未開孔組合梁的撓度。腹板開孔組合梁的撓度計(jì)算組合梁開孔后，開孔段的截面被減弱。截面抗彎剛度變小，整體彎曲變形增加，截面抗剪剛度變小。開孔段上部和下部截面的剛度相對(duì)很11空腹桁架形式的變形分析模型26m，l

，孔的oh

To均為h

。下標(biāo)o表示opening。t2開孔局部模型SOLID95元SHELL91COMBIN39局部細(xì)化開孔段及其四周的單元網(wǎng)格。左端截面施加固定約束。右端截面固定橫向位移和全部轉(zhuǎn)角，并分別耦合豎向位移和縱向位移。樓板橫向邊界截面承受橫向?qū)ΨQ約束。耦合混凝土樓板與鋼梁的接觸面的豎向1/2約束。在模型右端施加單個(gè)集中荷載，使模型的兩端產(chǎn)生無(wú)轉(zhuǎn)角相對(duì)豎33開孔局部模型的變形除了腹板開孔與否的區(qū)格外，未開孔局部模型的其余條件與開孔局Vt

和下部截面的剪V212wb 1

w2w

0,1

w。得到(開孔局部模型相對(duì)于未0,2開孔局部模型)附加的孔端撓度差為：w (ww)(w

w)(w

w ) (5)a 2 1

2 1 0,2

0,1分析理論首先，假設(shè)開孔段的上部和下部構(gòu)件的計(jì)算跨度一樣，記為：l=l+2rh

(6)e 0 t式中，r開孔段下部是TVl Vlw be 0

(7)sb GA Ss wbAwb

為下部TV為未開孔組合梁的截面剪力，V=V+VANSYSt b孔對(duì)整體彎曲剛度的影響較小，可以無(wú)視開孔對(duì)整體彎曲撓度的影響。因此孔端彎曲撓度差為：Vw b

l3 (8)evb 12EIessb式中，Isb

為下部TVl3 Vl Vl (9)ww w be be 0a vb

sb 12EIssb

GA Ss wb利用資料和ANSYS(9)反算出孔的計(jì)算跨度le代入式(6)計(jì)算系數(shù)r。開孔段的上部，是混凝土樓板和T截面。附加的孔端剪切撓度差為：VlW = test St

Vl

(10)t

為上部T算式(4)，只需將未開孔鋼梁腹板換成上部T差為：w=Vle3/12B

(11)vt t tt

為上部T式(2Tl計(jì)算跨度l

。但是，這里計(jì)算Be

需要知道樓板參與開孔段上部截面抗彎的有效寬度b

，作為待定參數(shù)。同樣有：eVl3 Vl Vl (12)ww w te te 0a vt

st 12B S St t利用資料和ANSYSle以通過(guò)式(12)計(jì)算出樓板參與開孔段上部截面抗彎的有效寬度be影響le

和be承受上述分析模型，取基準(zhǔn)參數(shù)為：混凝土彈性模量E

=32.5GPa，c混凝土泊松比v

=0.18，板寬bc

=3m，板厚hc

=0.12m，鋼材彈性模量cE=206GPa，鋼材泊松比vs

=0.3，鋼梁截面尺寸為H600×10×180×12×s260×14，孔寬l6m。

=0.6m，孔高h(yuǎn)o

=0.3m，栓釘抗剪剛度ko

=1.8GPa，跨度s每次轉(zhuǎn)變單個(gè)參數(shù)，其余參數(shù)保持不變，觀看其對(duì)樓板參與開孔段上部截面抗彎的有效寬度be

和計(jì)算跨度l

(通過(guò)參數(shù)re樓板寬度當(dāng)樓板寬度bc

e

和r4be

小幅增大，r樓板厚度圖4樓板寬度對(duì)b和r的影響 圖5樓板厚度對(duì)b和r的影響e e當(dāng)樓板厚度hc

e

和r5be

大幅減小，r混凝土彈性模量當(dāng)混凝土彈性模量Ec

e

和re小。鋼梁高度

當(dāng)鋼梁高度hs

e

和rber減小。圖6混凝土彈性模量對(duì)b和r的影響 圖7鋼梁高度對(duì)b和r的影響e e鋼梁腹板厚度當(dāng)鋼梁腹板厚度tw

6mm～14mmbe

和r8be

大幅增大，r鋼梁翼緣寬度當(dāng)鋼梁(上下)翼緣寬度bf

e

和r9e

圖8鋼梁腹板厚度對(duì)b和r的影響 圖9鋼梁翼緣寬度對(duì)b和r的影響e e栓釘抗剪剛度Ks

0.66As

(單位：fEc cfEc cs

nKs s

p的合理取值范圍。當(dāng)栓釘抗剪剛度ks

e

和r10be

小幅減小，r孔寬當(dāng)孔寬lo

0.3m～0.9mbe

和r11所示。隨孔寬的增大，be

大幅增大，r圖10栓釘抗剪剛度對(duì)b和r的影響 圖11孔寬對(duì)b和r的影響e e孔高當(dāng)孔高h(yuǎn)o

0.18m～0.42me

和r12所示。隨孔高的增大，be

大幅減小，r12孔高對(duì)brele

和be依據(jù)影響le

和be12187模型。表中，孔高梁高比是孔高與鋼梁高度的比值。其余參數(shù)如下：跨

=32.5GPa，vc

=0.18，Ec

=206GPa，s=0.3。s1局部模型參數(shù)得到ANSYS3.2b和re的數(shù)據(jù)點(diǎn)。擬合結(jié)果如下。系數(shù)r: h 3h

bh31r2.059.39104 s

o c c 〔13〕o 2ho

l Io st 式中，Ist

為上部T樓板參與開孔段上部截面抗彎的有效寬度bel

(14)b e e h0.951.23103loo

bh3ccIst將式(13)、式(14)的擬合值與ANSYS13、14圖13r的擬合值與ANSYS計(jì)算值的比照 圖14be的擬合值與ANSYS計(jì)算值的比照r10%的點(diǎn)占42204088.60.617。但其影響不大，緣由l0

2rht

要大得多，所以le

的誤差很小，而后面的計(jì)算都是與le

關(guān)聯(lián)。這也是rle

的影響反映在r上會(huì)被放大。其次，在計(jì)算be

的ANSYSr目的是使擬合的be差。

可以和擬合的rb0.925。誤差較大的點(diǎn)多數(shù)集e中在數(shù)值很小的區(qū)域，其對(duì)撓度計(jì)算的誤差很小。當(dāng)be

很小時(shí)，開孔段上部截面的抗彎剛度主要由T對(duì)應(yīng)的組合效應(yīng)系數(shù)ψ也較小，即組合效應(yīng)較小，所以會(huì)折減be對(duì)開孔段上部截面的抗彎剛度的影響，這將在后面的結(jié)果中表達(dá)。開孔段的等效剪切剛度3形格外相像。因此，可以將開孔段的空腹桁架弦桿的彎曲撓度與剪切撓度合并為等效剪切撓度~ ，依據(jù)(9)和(12)有：s~

Vl

(15)ww w ow

w ow os vb sb

vt st S a S依據(jù)等效剪切撓度相等的原則，將開孔段的空腹桁架弦桿的彎曲剛度和剪切剛度合并為等效剪切剛度So~ V V

VV V V

(16)sw bl sS~ ob

t l~ t

t bl~~ t b

l~~ t b

lSoSo式中：~為上部T形組合截面的等效剪切剛度；~ 為下部T形鋼截t b面的等效剪切剛度，計(jì)算方法如下。依據(jù)式(9)、式(15)和式(16)可以得到：~ V

l3 l 1

(17)S bl

b l l

e b ~ s

Vl w oa S

o12EIssb

GAs wb依據(jù)式(12)、式(15)和式(16)可以得到：~ V V

l3 l1

(18)S tlt

t l l

e~ s

Vl w oa S

o12B St t從式(16)可以得到開孔段的等效剪切剛度：~ ~ l

(19)S SS o t b

o ol3 l l3 l e e e e 12B S 12EI GAt t ssb s wb承受擬合的l和b，計(jì)算開孔段的等效剪切變形~ ，與ANSYS的計(jì)e e s15s圖15 ~ 的計(jì)算值與ANSYS計(jì)算值的比照s本工程仍在研發(fā)過(guò)程中，2023作用下的撓度計(jì)算理論、與ANSYS組合的影響爭(zhēng)論。關(guān)鍵技術(shù)：1、利用ANSYS寬度和開孔段的計(jì)算跨度，進(jìn)而得到了計(jì)入空腹桁架彎曲變形效應(yīng)的等效剪切剛度。2、建立分段梁?jiǎn)卧Ｐ?，求解出開孔組合梁的撓度計(jì)算公式，并進(jìn)展了開孔段有效長(zhǎng)度的修正。3、利用開孔段與未開孔段截面剛度不同的現(xiàn)象，建立分段梁?jiǎn)卧Ｐ?，承受傳統(tǒng)梁理論求解撓度計(jì)算公式。主要?jiǎng)?chuàng)點(diǎn)：1、提出了樓板參與開孔段上部截面抗彎的有效寬度的概念，并進(jìn)展了擬合。2、將剪切變形和空腹桁架弦桿的彎曲變形合并為等效剪切變形，得到開孔段的等效剪切剛度。3be

的ANSYS值rbe的r

可以和擬合等學(xué)問(wèn)產(chǎn)權(quán)狀況；與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)或產(chǎn)品的比較等?！?、提出了一種腹板開孔組合梁撓度的計(jì)算方法，與承受實(shí)體單元和板殼單元的有限元分析結(jié)果的比照說(shuō)明，該公式具有很好的精度，開孔位置變化時(shí)，本工程公式仍可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算跨中撓度。設(shè)有多個(gè)開孔時(shí)，本工程理論仍適用，且可以通過(guò)疊加單個(gè)開孔對(duì)跨中撓度的