【正文】 GB500172003)對(duì)其進(jìn)行如下規(guī)定。 蜂窩組合梁現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法對(duì)于蜂窩組合梁的強(qiáng)度計(jì)算方法，國(guó)外相關(guān)規(guī)范給了一些簡(jiǎn)化計(jì)算方法，國(guó)內(nèi)仍無(wú)相關(guān)規(guī)范。 目前國(guó)內(nèi)外蜂窩梁強(qiáng)度計(jì)算方法都是在費(fèi)氏空腹桁架理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，該方法是一種近似的計(jì)算方法，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明實(shí)測(cè)的應(yīng)力值通常與計(jì)算值有很大區(qū)別，應(yīng)力分布不是按線性分布[74,75]。同時(shí)對(duì)孔口位置、間距以及孔口大小和補(bǔ)強(qiáng)形式等進(jìn)行了規(guī)定，但是沒(méi)有給出具體的計(jì)算公式。國(guó)內(nèi)對(duì)蜂窩梁抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算主要是借鑒國(guó)外計(jì)算方法或采用實(shí)腹梁抗剪計(jì)算的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，但國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行規(guī)定，《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ991998) [72]中對(duì)管道通過(guò)鋼梁開(kāi)孔時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行了如下規(guī)定： 當(dāng)管道穿過(guò)鋼梁時(shí)，腹板中的孔口應(yīng)予以補(bǔ)強(qiáng)。④ 德國(guó)計(jì)算方法原聯(lián)邦德國(guó)Peine salzgitfer公司規(guī)定蜂窩梁計(jì)算方法與原蘇聯(lián)基本相同，在此基礎(chǔ)上要求進(jìn)行考慮剪應(yīng)力的折算應(yīng)力驗(yàn)算，即。如果上下T形截面材料與截面尺寸相同，則任意一點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為： ()③ 英國(guó)計(jì)算方法英國(guó)BS5950規(guī)范沒(méi)有給出具體的計(jì)算公式，只是按照空腹桁架理論給出計(jì)算方法。如果上下T形截面材料與截面尺寸相同，則任意一點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為： ()式中：—空腹截面的截面模量；—空腹截面一個(gè)T形截面的截面模量；② 日本計(jì)算方法 日本鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)在費(fèi)氏空腹桁架法的基礎(chǔ)上，對(duì)強(qiáng)度驗(yàn)算公式進(jìn)行了一定的改進(jìn)。① 前蘇聯(lián)計(jì)算方法前蘇聯(lián)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)蜂窩梁的強(qiáng)度計(jì)算方法進(jìn)行了定義，當(dāng)孔洞上下T形截面尺寸不同時(shí)，分別驗(yàn)算以下幾點(diǎn)的應(yīng)力。腹板開(kāi)孔后，孔洞處抗剪承載力下降，蜂窩梁抗剪強(qiáng)度主要驗(yàn)算梁橋和梁墩焊縫的抗剪強(qiáng)度。按照空腹桁架理論，蜂窩梁在受力后截面符合平截面假定，孔洞處截面剪力按上下T形截面的剛度分配，剪力引起剪力次彎矩，并且反彎點(diǎn)位于梁橋中點(diǎn)位置。一些國(guó)家將蜂窩構(gòu)件的計(jì)算方法納入到了規(guī)范當(dāng)中，但是不同國(guó)家其計(jì)算方法有一定的區(qū)別。當(dāng)時(shí)： ()當(dāng)時(shí)： ()—橫向加勁肋高度與間距比值，當(dāng)僅配置支座加勁肋時(shí)，取式()、()中。(1) 在主平面內(nèi)受彎或受剪的實(shí)腹構(gòu)件，其抗剪強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算： ()式中：—計(jì)算截面平面內(nèi)剪力； —計(jì)算處以上毛截面對(duì)中和軸的面積距； —截面慣性矩；—腹板厚度； —鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。(3)有限元法：是通過(guò)計(jì)算機(jī)有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，這種方法計(jì)算較精確，但是計(jì)算方法復(fù)雜，不便于設(shè)計(jì)人員掌握。 蜂窩梁現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法對(duì)于蜂窩梁強(qiáng)度計(jì)算方法，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的計(jì)算公式。此時(shí)，橫向剪力完全由栓釘承擔(dān)，當(dāng)剪力增大到一定程度，栓釘被剪曲或剪斷。(2) 混凝土板局部壓碎在局部荷載作用下，混凝土板局部被壓碎。蜂窩組合梁剪切破壞除了以上提到的蜂窩梁剪切破壞形式外，還主要有以下幾種破壞形式：(1) 混凝土板斷裂在剪力和剪力次彎矩作用下，孔洞發(fā)生剪切變形，孔洞變成平行四邊形，在剪力次彎矩作用下，混凝土板受拉力作用，產(chǎn)生裂縫。當(dāng)水平剪應(yīng)力超過(guò)焊縫強(qiáng)度時(shí)，相鄰孔洞之間腹板的焊縫將會(huì)破裂。(4) 梁墩剪切屈曲為了滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求，孔洞之間腹板的尺寸應(yīng)足夠大，尺寸較小時(shí)，在剪力作用下，孔洞之間腹板發(fā)生局部屈曲。 (3) 梁橋剪切屈曲作為翼緣板的簡(jiǎn)支邊，梁橋處腹板應(yīng)該具有足夠的剛度，如果梁橋處腹板的彎曲剛度較小，梁橋處腹板首先發(fā)生屈曲；如果梁橋處腹板的彎曲剛度較大，此時(shí)的屈曲模式是梁橋上方翼緣板的局部屈曲，翼緣板和梁橋處腹板之間在結(jié)構(gòu)上的相互作用很小，梁橋處腹板僅作為翼緣板的屈曲模式的波節(jié)線。(2) 空腹剪切破壞機(jī)制隨著開(kāi)孔率的增大，當(dāng)梁橋達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)，在剪力和剪力次彎矩的作用下，蜂窩梁孔角首先進(jìn)入屈服狀態(tài)，隨著剪力和剪力次彎矩的增加，屈服延伸，屈服面積變大，孔洞發(fā)生剪切變形，呈平行四邊形。對(duì)于圓形孔蜂窩梁，梁橋處腹板從兩側(cè)向中間均勻減小，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到緩解，梁橋兩側(cè)腹板面積增大，可以有效的抵抗剪力次彎矩的作用。蜂窩梁及蜂窩組合梁有多種剪切破壞形式，發(fā)生哪種破壞與梁的截面尺寸、開(kāi)孔形狀和開(kāi)孔大小等都有關(guān)系。第二章 蜂窩梁及蜂窩組合梁基本理論與設(shè)計(jì)方法 蜂窩梁及蜂窩組合梁受剪破壞形式 蜂窩梁及蜂窩組合梁由于腹板開(kāi)孔后，抗剪承載力下降，當(dāng)豎向剪力較大時(shí)，蜂窩梁及蜂窩組合梁剪切破壞先于彎曲破壞。國(guó)內(nèi)外對(duì)于蜂窩梁和蜂窩組合梁的抗剪設(shè)計(jì)，大多采用實(shí)腹梁和實(shí)腹組合梁的設(shè)計(jì)方法，在孔口處按T型截面梁進(jìn)行抗剪設(shè)計(jì)，按實(shí)腹梁的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，忽略了孔型和翼緣對(duì)蜂窩梁和蜂窩組合梁抗剪的影響。(5) 分析剪跨比對(duì)蜂窩組合梁抗剪性能的影響，分析蜂窩組合梁的在彎矩和剪力共同作用下的相關(guān)性，通過(guò)數(shù)值模擬與理論計(jì)算給出蜂窩組合梁彎剪相關(guān)曲線的設(shè)計(jì)公式；改變蜂窩組合梁孔洞豎向位置，分析孔洞豎向位置對(duì)承載力的影響，找出合理的豎向孔洞位置。(2) 對(duì)不同孔型、不同開(kāi)孔率和不同翼緣尺寸的蜂窩梁進(jìn)行數(shù)值模擬，分析孔型對(duì)蜂窩梁抗剪性能的影響；通過(guò)變化開(kāi)孔率和翼緣尺寸，分析二者之間的相關(guān)性，找出翼緣對(duì)抗剪貢獻(xiàn)的大小和主要影響因素，通過(guò)分析給出蜂窩梁抗剪計(jì)算方法。蜂窩框架體系的研究：2010年，進(jìn)行了蜂窩框架結(jié)構(gòu)體系模型在低周往復(fù)荷載作用下的擬靜力試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合，對(duì)蜂窩框架體系抗震性能進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)了蜂窩式梁柱鋼框架結(jié)構(gòu)形式的延性性能和耗能能力，通過(guò)改變不同孔型和不同參數(shù)的有限元模擬分析，分析不同影響因素下的性能變化，給出了合理的設(shè)計(jì)建議[6870]。蜂窩梁柱節(jié)點(diǎn)的研究：2009年，進(jìn)行了蜂窩式鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)靜力性能試驗(yàn)研究，與有限元分析相結(jié)合，分析了梁腹板分別為六邊形、圓形以及正方形的蜂窩式框架節(jié)點(diǎn)的控制參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)靜力性能的影響，得出了不同孔型的蜂窩式鋼框架節(jié)點(diǎn)控制參數(shù)的合理取值范圍。2008年，進(jìn)行了蜂窩式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)的試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)分析，引入了換算長(zhǎng)細(xì)比概念，對(duì)由邊緣屈服準(zhǔn)則導(dǎo)出的格構(gòu)式壓彎構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算公式進(jìn)行了修正，提出了蜂窩式壓彎構(gòu)件強(qiáng)度承載力、剛度條件及平面內(nèi)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算公式。蜂窩柱的研究：通過(guò)對(duì)不同截面形式的實(shí)腹式壓彎構(gòu)件及蜂窩式壓彎構(gòu)件的平面內(nèi)穩(wěn)定極限承載力計(jì)算及分析，提出了蜂窩式壓彎構(gòu)件強(qiáng)度、剛度及平面內(nèi)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的計(jì)算方法；對(duì)原型鋼與擴(kuò)張后的蜂窩壓彎構(gòu)件的彈性彎扭屈曲臨界荷載進(jìn)行了比較，分析了跨高比以及孔形對(duì)其值的影響，給出了適合蜂窩壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外穩(wěn)定性的計(jì)算公式。2010年，湖南大學(xué)劉春[55]通過(guò)一根等截面的鋼—混凝土蜂窩組合箱梁(圓孔)彈性狀態(tài)的靜載試驗(yàn)以及極限承載力全過(guò)程靜載試驗(yàn)，對(duì)蜂窩梁在橋梁中的應(yīng)用進(jìn)行了前期初步探討。2008年，張偉，胡夏閩[53]對(duì)腹板開(kāi)孔蜂窩組合梁進(jìn)行了非線性分析，分析發(fā)現(xiàn)彎剪比對(duì)承載力的影響明顯，混凝土抗剪貢獻(xiàn)在孔口處不可忽略。2004年，白永生[51]等人對(duì)國(guó)外蜂窩組合梁相關(guān)計(jì)算方法進(jìn)行對(duì)比介紹，提出了各自的優(yōu)點(diǎn)不足，在國(guó)外的計(jì)算方法上進(jìn)行修正，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了修正后公式的正確性。1994年，徐德新[49]給出蜂窩組合梁強(qiáng)度計(jì)算方法，考慮了空腹次彎矩的影響和豎向剪力的影響，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。2008年中南大學(xué)周朝陽(yáng)，周云峰[47]提出了蜂窩梁等效抗彎剛度的合理表達(dá)式，并以常用的六邊形孔和圓孔為例,通過(guò)大量有限元分析，得到了腹板剛度折減系數(shù)表，然后進(jìn)一步給出了該系數(shù)的半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，文章中還提出剪力產(chǎn)生的撓度不可忽略。2007年同濟(jì)大學(xué)宋濤煒[46]得出孔口正應(yīng)力分布的影響區(qū)域與開(kāi)孔高度有關(guān)，；剪應(yīng)力大約為一個(gè)梁高，并通過(guò)回歸分析給出剪應(yīng)力最大值計(jì)算公式。2005年浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院郎婷，趙滇生[44]對(duì)不同荷載形式下的蜂窩式工字鋼梁受力性能和應(yīng)力分布特點(diǎn)進(jìn)行了研究。2001年，王慶利[42]等研究了純彎狀態(tài)下蜂窩梁腹板穩(wěn)定問(wèn)題，用瑞利里茲法計(jì)算出板的屈曲荷載，并給出了高厚比限值。國(guó)內(nèi)對(duì)蜂窩梁和蜂窩組合梁研究起步較晚，主要從80年代國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行了一些研究：1994年，廣西大學(xué)蘇益聲[41]分析了六邊形孔蜂窩梁和圓孔蜂窩梁在荷載作用下的應(yīng)力分布特征、撓曲變形特點(diǎn)以及蜂窩梁破壞的三種形式：彎曲破壞、剪切破壞和失穩(wěn)破壞。2009年，Ju Y K，Chun S C和Kim S D[39]指出為了有效利用高層建筑層高，利用鋼梁腹板開(kāi)洞可以有效的降低層高，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了考慮樓板組合作用下的蜂窩組合梁受力性能。2005年，Chung K F和Wang A J[37]等人在試驗(yàn)基礎(chǔ)上根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，給出了矩形孔蜂窩組合梁承載力設(shè)計(jì)方法。2000年，Darwin D[35]對(duì)腹板開(kāi)洞組合梁的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。1992年，Cho S H和Redwood R G[33]等人對(duì)蜂窩組合梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1983年，Redwood R G[31]等人提出了對(duì)于腹板開(kāi)孔蜂窩組合梁，混凝土板不僅提高了抗彎承載力，同時(shí)對(duì)抗剪承載力有一定的貢獻(xiàn)。通過(guò)改變腹板開(kāi)洞的位置以及剪跨比發(fā)現(xiàn)，彎矩與剪力的比例直接影響蜂窩組合梁的破壞模式，由于開(kāi)孔削弱了蜂窩組合梁的抗彎和抗剪承載力。2011年，Pachpor P D[28]等人對(duì)不同開(kāi)孔率和不同開(kāi)孔位置六邊形孔蜂窩梁受力性能進(jìn)行分析。2008年Benediktas[26]等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)與有限元計(jì)算結(jié)果提出了一個(gè)合理的選擇蜂窩梁截面尺寸的新方法。1990年，Darwin[23]在腹板開(kāi)孔梁的組合梁的設(shè)計(jì)指南一書(shū)中，總結(jié)當(dāng)時(shí)現(xiàn)有的研究成果，給出了滿足緊湊型截面要求的工字型梁開(kāi)矩形和圓形孔時(shí)的彎剪相關(guān)作用曲線。隨著計(jì)算機(jī)內(nèi)存和速度的增加，Srimani S L和Oas P K[20]等先后進(jìn)行了蜂窩梁的有限元分析，但都僅限于彈性分析。他們根據(jù)計(jì)算機(jī)的結(jié)果，用迭代的方法得出開(kāi)孔處的彎剪相互作用曲線。1971年，James A M把彈性力學(xué)的平面問(wèn)題用于蜂窩梁，并用差分法進(jìn)行了解算。70年代以來(lái)，英國(guó)﹑日本﹑法國(guó)﹑德國(guó)﹑前蘇聯(lián)等國(guó)家都把蜂窩梁柱的設(shè)計(jì)納入規(guī)范[1518]，其中應(yīng)力分析采用空腹桁架計(jì)算法。60年代以來(lái)，經(jīng)過(guò)不少學(xué)者的試驗(yàn)研究，改進(jìn)了空腹析架計(jì)算法。Gibsno和Jnekins[11]發(fā)表了較為精確也較為復(fù)雜的計(jì)算方法，把費(fèi)氏空腹桁架法的計(jì)算模式轉(zhuǎn)化為等效的等截面梁，然后建立梁的微分方程，以求解梁的應(yīng)力和撓度。蜂窩梁的簡(jiǎn)化計(jì)算方法最早由國(guó)外學(xué)者提出，并不斷改進(jìn)。 Cellular bridge machine with Cellular girder gantry crane隨著對(duì)于蜂窩構(gòu)件的深入研究，蜂窩構(gòu)件的應(yīng)用也逐漸廣泛，并且從單個(gè)蜂窩構(gòu)件向蜂窩結(jié)構(gòu)體系發(fā)展，從蜂窩構(gòu)件向鋼混凝土蜂窩組合構(gòu)件等不同形式發(fā)展。2008年，湖南大學(xué)橋梁研究所做的一次圓孔蜂窩組合梁為主梁的橋梁概念設(shè)計(jì)，是國(guó)內(nèi)對(duì)蜂窩梁在橋梁中應(yīng)用的首次探究。 Beijing international airport terminal Hangzhou Xiaoshan international airport Xian University of Architecture and Technology Sports hall Beijing suburban railway station Guangzhou Longxue shipyard Macau grand lisboa hotel 蜂窩梁的應(yīng)用正在向其他結(jié)構(gòu)領(lǐng)域擴(kuò)展，如橋梁結(jié)構(gòu)中的主梁，水工閘門中的主梁等等。對(duì)于蜂窩組合梁的應(yīng)用，1996年鋼和混凝土蜂窩形組合梁成功地應(yīng)用于徐州彭城電廠主廠房樓層中；1998年深圳賽格大廈完工，此工程將蜂窩形組合梁運(yùn)用到樓蓋中。由于蜂窩梁具有諸多優(yōu)點(diǎn)，80年代國(guó)內(nèi)實(shí)際工程中開(kāi)始出現(xiàn)蜂窩構(gòu)件。2006年最新建成的英國(guó)Vulcan大樓()被評(píng)為國(guó)家最綠色建筑之一，框架梁全部采用蜂窩梁，最大跨度為15m，可以在梁高范圍內(nèi)穿越所有的設(shè)備管線，使得結(jié)構(gòu)的周邊立面和內(nèi)部輕質(zhì)隔墻之間不用設(shè)置柱子，使結(jié)構(gòu)高度最小化，為建筑創(chuàng)造出盡可能多的凈空。該結(jié)構(gòu)體系框架梁均采用蜂窩梁，利用其孔洞進(jìn)行穿越一部分管線()。60年代以來(lái)，國(guó)外在一些體育場(chǎng)館、工業(yè)廠房和民用建筑等工程項(xiàng)目中使用了腹板開(kāi)洞的蜂窩構(gòu)件作為檁條、門式鋼架或框架結(jié)構(gòu)等，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用與研究現(xiàn)狀蜂窩鋼構(gòu)件己日漸廣泛地應(yīng)用于高層建筑、廠房、辦公樓、橋梁、輪船及架橋機(jī)等工程領(lǐng)域，蜂窩構(gòu)件具有廣闊的發(fā)展前景。在蜂窩梁和實(shí)腹組合梁研究基礎(chǔ)上[68]，對(duì)考慮混凝土板作用下的蜂窩組合梁抗剪性能進(jìn)行研究，分析鋼梁翼緣、混凝土板和栓釘連接作用對(duì)蜂窩組合梁抗剪性能的影響。把蜂窩梁和混凝土板結(jié)合到一起形成蜂窩組合梁，可以充分發(fā)揮兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，而目前對(duì)蜂窩組合梁受力性能特別是抗剪性能研究較少，現(xiàn)有實(shí)腹組合梁和蜂窩梁理論不能滿足工程中蜂窩組合梁設(shè)計(jì)的要求，限制其在工程中的應(yīng)用。所以必定能找出開(kāi)孔率和翼緣尺寸與抗剪承載能力之間的關(guān)系。蜂窩梁由于腹板經(jīng)過(guò)擴(kuò)高后，提高了抗彎承載能力，但由于腹板削弱，抗剪承載力必將下降，而且不同孔型蜂窩梁受剪力次彎矩和應(yīng)力集中的影響程度不同，因此對(duì)不同參數(shù)影響下的蜂窩梁抗剪性能研究尤為重要。本課題對(duì)蜂窩梁和蜂窩組合梁抗剪性能進(jìn)行深入分析，給出蜂窩梁和蜂窩組合梁更加精確的抗剪強(qiáng)度計(jì)算方法，為蜂窩構(gòu)件抗剪設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。對(duì)于蜂窩梁和蜂窩組合梁抗剪設(shè)計(jì)中，大多按實(shí)腹梁的設(shè)計(jì)方法，腹板抗剪計(jì)算采用開(kāi)孔后的凈截面面積。國(guó)外對(duì)蜂窩構(gòu)件進(jìn)行了大量研究，一些國(guó)家將各自的簡(jiǎn)化計(jì)算方法納入規(guī)范中。將蜂窩梁應(yīng)用到組合