CN109522614B - 一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法 - Google Patents

一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双钢板‑混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，包括以下步骤：步骤一、计算单侧钢板轴心抗压极限承载力；步骤二、计算混凝土轴心抗压极限承载力；步骤三、将单侧钢板轴心抗压极限承载力和混凝土轴心抗压极限承载力相加得到双钢板‑混凝土组合墙轴心抗压极限承载力，采用本方法推广了组合墙在实际工程中的应用，并且为工程应用设计提供了理论依据。

Description

一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法
技术领域
本发明是一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，属于建设工程技术领域。
背景技术
双钢板-混凝土组合墙是一种新型的组合结构墙，其包括两块外包钢板及核心混凝土。为了保证钢板与混凝土能够共同工作，一般采用机械连接的方式将钢板和混凝土连接在一起。这种新型双钢板-混凝土组合墙具有承载能力高、刚度较大、自重较轻、便于施工等特点。但目前的计算方法对于双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算过于保守，缺乏针对这种新型双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，限制了其应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，采用本方法计算结果更加符合实际，推广了组合墙在实际工程中的应用，为工程应用设计提供了理论依据。
本发明的技术方案是：
一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，包括以下步骤：
步骤一、计算单侧钢板轴心抗压极限承载力；
(1)计算单侧钢板屈曲应力:
Figure BDA0001843072510000021
式中，σcr—钢板屈曲应力；
Es—钢板弹性模量；
s—栓钉间距；
fy—钢板屈服强度；
ts—钢板厚度；
k—长度系数，k取值0.825；
(2)计算单侧钢板轴心抗压极限承载力:
Ps＝σcrAs
式中，Ps—钢板轴心抗压极限承载力；
As—钢板横截面面积，As＝2×W×ts；
W—组合墙截面宽度；
步骤二、计算混凝土轴心抗压极限承载力：
(1)分别计算不同种类的栓钉抗拉抵抗力对于拉杆栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure BDA0001843072510000022
对于大头栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure BDA0001843072510000023
对于J型钩栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure BDA0001843072510000031
式中，TH—栓钉抗拉抵抗力；
Ts—栓钉被拉断时抗拉承载力；
Tpl—栓钉发生拔出破坏时抗拉承载力；
Tcb—栓钉发生混凝土剪切破坏时抗拉承载力；
Tps—栓钉发生钢板剪切破坏时抗拉承载力；
σu—栓钉抗拉极限强度；
fc—混凝土轴心抗压强度；
eh—J型钩顶部锚固长度，eh＝3d；
fys—钢板屈服强度；
As—栓杆截面面积；
Abrg—钉帽外伸截面面积，Abrg＝π/4(dt 2-d2)；
AN—混凝土锥形体侧面积，
Figure BDA0001843072510000032
hs—栓钉高度；
dt—栓帽直径；
d—栓杆直径；
S—栓钉延梁长度方向间距；
SW—栓钉延墙宽度方向间距；
γc—安全分项系数，取值为1.0；
γM2—横截面抗拉至破坏时的分项系数，取值为1.0；
γM0—横截面抗拉的分项系数，取值为1.0；
(2)计算钢板对混凝土的约束应力:
Figure BDA0001843072510000033
式中，S—相邻栓钉间距；
σh—钢板对混凝土的约束应力；
(3)计算核心混凝土抗压强度：
Figure BDA0001843072510000041
式中，
Figure BDA0001843072510000042
γ—强度提高系数，取值为1.2；
fc—混凝土轴心抗压强度，通过查表或试验得到；
σc—核心混凝土抗压强度。
(4)计算混凝土轴心抗压极限承载力：混凝土轴心抗压极限承载力
Pc＝0.85Acσc
式中，Pc—混凝土轴心抗压极限承载力；
Ac—混凝土横截面面积，Ac＝W×tc；
W—组合墙截面宽度；
tc—混凝土厚度；
步骤三、将钢板轴心抗压极限承载力和混凝土轴心抗压极限承载力相加得到双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力，公式如下：
Pu＝Ps+Pc
式中，Pu—双钢板-混凝土轴心抗压极限承载力；
Ps—钢板轴心抗压极限承载力；
Pc—混凝土轴心抗压极限承载力。
本发明方法充分考虑了双钢板-混凝土组合墙复杂约束以及受力情况，将组合墙轴心抗压极限承载力分为钢板轴心抗压极限承载力和混凝土轴心抗压极限承载力。钢板轴心抗压承载力计算时，考虑到沿受力方向相邻栓钉之间钢板局部屈曲对钢板承载力的削弱；混凝土轴心抗压承载力计算时，考虑不同栓钉连接方式下钢板对核心混凝土约束对混凝土承载力的加强。使计算过程更加合理，计算结果更加符合实际，推广了组合墙在实际工程中的应用，并且为工程应用设计提供了理论依据。
附图说明
图1为双钢板-混凝土组合墙轴心抗压示意图；
图2为钢板局部屈曲示意图；
图3为混凝土双轴受压示意图；
图4为栓钉在双钢板之间直接连接示意图；
图5为栓钉在双钢板之间间接连接示意图；
图6为栓钉在双钢板之间半直接连接示意图；
图7(a)为拉杆栓钉结构图；
图7(b)为大头栓钉结构图；
图7(c)为J型钩栓钉结构图。
附图中：1、钢板；2、混凝土；3、栓钉。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如附图所示本发明的一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，包括以下步骤：
步骤一、计算钢板轴心抗压极限承载力；
(1)计算单侧钢板屈曲应力:
Figure BDA0001843072510000051
式中，σcr—钢板屈曲应力；
Es—钢板弹性模量；
s—栓钉间距；
fy—钢板屈服强度，通过查表或试验得到；
ts—钢板厚度；
k—长度系数，k取值0.825(基于大量试验数据回归得到)。
(2)计算钢板轴心抗压极限承载力:
Ps＝σcrAs
式中，Ps—钢板轴心抗压极限承载力；
As—钢板横截面面积，As＝2×W×ts；
W—组合墙截面宽度；
步骤二、计算单侧混凝土轴心抗压极限承载力：
(1)分别计算不同种类的栓钉抗拉抵抗力
对于拉杆栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure BDA0001843072510000061
对于大头栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure BDA0001843072510000062
对于J型钩栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure BDA0001843072510000063
式中，TH—栓钉抗拉抵抗力
Ts—栓钉被拉断时抗拉承载力；
Tpl—栓钉发生拔出破坏时抗拉承载力；
Tcb—栓钉发生混凝土剪切破坏时抗拉承载力；
Tps—栓钉发生钢板剪切破坏时抗拉承载力；
σu—栓钉抗拉极限强度，通过查表或试验得到；
fc—混凝土轴心抗压强度，通过查表或试验得到；
eh—J型钩顶部锚固长度，eh＝3d；
fys—钢板屈服强度，通过查表或试验得到；
As—栓杆截面面积；
Abrg—钉帽外伸截面面积，Abrg＝π/4(dt 2-d2)；
AN—混凝土锥形体侧面积，
Figure BDA0001843072510000071
hs—栓钉高度；
dt—栓帽直径；
d—栓杆直径；
S—栓钉延梁长度方向间距；
SW—栓钉延墙宽度方向间距；
γc—安全分项系数，取值为1.0；
γM2—横截面抗拉至破坏时的分项系数，取值为1.0；
γM0—横截面抗拉的分项系数，取值为1.0。
(2)计算单侧钢板对混凝土的约束应力:
Figure BDA0001843072510000072
式中，S—相邻栓钉间距；
σh—钢板对混凝土的约束应力。
(3)计算核心混凝土抗压强度：
Figure BDA0001843072510000073
式中，
Figure BDA0001843072510000081
γ—强度提高系数，取值为1.2；
fc—混凝土轴心抗压强度，通过查表或试验得到；
σc—核心混凝土抗压强度。
(4)计算混凝土轴心抗压极限承载力：
Pc＝0.85Acσc
式中，Pc—混凝土轴心抗压极限承载力；
Ac—混凝土横截面面积，Ac＝W×tc；
W—组合墙截面宽度；
tc—混凝土厚度。
步骤三、将单侧钢板轴心抗压极限承载力和混凝土轴心抗压极限承载力相加得到双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力，公式如下：
Pu＝Ps+Pc
式中，Pu—双钢板-混凝土轴心抗压极限承载力；
Ps—单侧钢板轴心抗压极限承载力；
Pc—混凝土轴心抗压极限承载力。

Claims (1)

1.一种双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力计算方法，其特征包括以下步骤：步骤一、计算单侧钢板轴心抗压极限承载力；
(1)计算单侧钢板屈曲应力:
Figure FDA0001843072500000011
式中，σcr—钢板屈曲应力；
Es—钢板弹性模量；
s—栓钉间距；
fy—钢板屈服强度；
ts—钢板厚度；
k—长度系数，k取值0.825；
(2)计算单侧钢板轴心抗压极限承载力:
Ps＝σcrAs
式中，Ps—钢板轴心抗压极限承载力；
As—钢板横截面面积，As＝2×W×ts；
W—组合墙截面宽度；
步骤二、计算混凝土轴心抗压极限承载力：
(1)分别计算不同种类的栓钉抗拉抵抗力
对于拉杆栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure FDA0001843072500000012
对于大头栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure FDA0001843072500000021
对于J型钩栓钉的抗拉抵抗力，计算方法如下：
Figure FDA0001843072500000022
式中，TH—栓钉抗拉抵抗力；
Ts—栓钉被拉断时抗拉承载力；
Tpl-栓钉发生拔出破坏时抗拉承载力；
Tcb-栓钉发生混凝土剪切破坏时抗拉承载力；
Tps-栓钉发生钢板剪切破坏时抗拉承载力；
σu-栓钉抗拉极限强度；
fc—混凝土轴心抗压强度；
eh—J型钩顶部锚固长度，eh＝3d；
fys—钢板屈服强度；
As—栓杆截面面积；
Abrg—钉帽外伸截面面积，Abrg＝π/4(dt 2-d2)；
AN-混凝土锥形体侧面积，
Figure FDA0001843072500000023
hs-栓钉高度；
dt—栓帽直径；
d—栓杆直径；
S栓钉延梁长度方向间距；
Sw—栓钉延墙宽度方向间距；
γe—安全分项系数，取值为1.0；
γM2-横截面抗拉至破坏时的分项系数，取值为1.0；
γMO横截面抗拉的分项系数，取值为1.0；
(2)计算钢板对混凝土的约束应力:
Figure FDA0001843072500000031
式中，S—相邻栓钉间距；
σh—钢板对混凝土的约束应力；
(3)计算核心混凝土抗压强度：
Figure FDA0001843072500000032
式中，
Figure FDA0001843072500000033
γ—强度提高系数，取值为1.2；
fc—混凝土轴心抗压强度，通过查表或试验得到；
σc—核心混凝土抗压强度。
(4)计算混凝土轴心抗压极限承载力：混凝土轴心抗压极限承载力
Pc＝0.85Acσc
式中，Pc—混凝土轴心抗压极限承载力；
Ac—混凝土横截面面积，Ac＝W×tc；
W—组合墙截面宽度；
tc—混凝土厚度；
步骤三、将钢板轴心抗压极限承载力和混凝土轴心抗压极限承载力相加得到双钢板-混凝土组合墙轴心抗压极限承载力，公式如下：
Pu＝Ps+Pc
式中，Pu—双钢板-混凝土轴心抗压极限承载力；
Ps—钢板轴心抗压极限承载力；
Pc—混凝土轴心抗压极限承载力。
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