一种采用内置钢管的开洞梁及力学状态的计算方法

1.本发明涉及建筑结构领域，具体是一种采用内置钢管的开洞梁及力学状态的计算方法。


背景技术：

2.开洞梁的应用越来越广泛。但现今的开洞梁孔周配筋方式较为复杂，施工难度较大。
3.现有技术中专利号为201410665355.2的专利公开一种桁架-开洞钢板剪力墙结构体系，包括框架梁、框架柱和桁架斜撑构成的桁架结构，在所述桁架结构需要开洞位置采用开洞钢板剪力墙代替相应的桁架斜撑。用以解决传统钢桁架结构中门、窗或管线穿越洞口位置、大小、形状受到桁架斜撑限制的不足，使用开洞钢板剪力墙替代相应位置的桁架斜撑，但是其结构的受力状态依然不够均匀，通过试验发现在开洞的侧下方横梁处尤其容易迅速损坏。
4.现有技术中专利号为202011035988.7公开了一种用于剪力墙开洞的钢板加固装置及其施工方法，剪力墙以及用于对剪力墙开洞进行加固支撑的支撑结构，所述支撑机构包括四个竖直角钢和两个水平角钢，四个所述竖直角钢的内壁分别与剪力墙开洞的四条竖直侧边固定连接，两个所述水平角钢沿剪力墙墙体厚度方向水平布置，且两个水平角钢的一侧分别与剪力墙开洞内壁顶部的两侧贴合并固定连接，两个所述水平角钢一侧的两端分别与四个竖直角钢顶部的一侧固定连接，且两个水平角钢的一侧分别与剪力墙开洞内壁顶部的两侧贴合并固定连接，其通过增加钢结构的方式来加固开洞的周围，成本高。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种采用内置钢管的开洞梁及力学状态的计算方法，施工方便，能够有效减少洞口内部的裂缝，对建筑的耐久性和结构强度有益，能够有效提高工程的建设速度和生产效率，缩短施工工期，降低工程造价。
6.为实现上述技术目的，本发明的一种采用内置钢管的开洞梁，在钢筋混凝土构成的预制横梁上，根据开洞需要预设内置钢管，内置钢管中通过支撑件设有作为预留孔洞的内模管，作为预留孔洞的内模管设置在内置钢管中央，内模管与内置钢管的截面形成同心的嵌套结构；内置钢管周围不使用桁架斜撑或者斜筋，只在内置钢管上下管壁外侧面水平设置有一排与横梁中受力纵筋连接的抗剪键，通过浇筑混凝土从而与预制横梁形成一体，既发挥钢筋支架作用，又为纵向受力钢筋定位，在使用阶段发挥抗剪的作用，实现一筋多用，有效减少洞口内部的裂缝，提高建筑的耐久性和结构强度。
7.进一步，所述内置钢管的截面包括矩形、圆形、或者矩形变体，所述的矩形变体的左右两侧为垂直结构，上下两侧为相对设置的波浪形压型钢板；当应用在宽扁梁中时，内置钢管侧壁中设有镂空的开洞，或者使用多个分体式内置钢管在宽扁梁中前后设置。
8.进一步，抗剪键为短钢筋形成的扎筋或者槽钢构成。
9.一种采用内置钢管的开洞梁构造方法，其步骤如下：
10.根据设计的开洞梁所需洞口的形状及尺寸，确定构建孔洞的内置钢管相应的各项参数；然后将订制的内置钢管运至施工现场；
11.根据设计要求设置开洞梁的钢筋；
12.在内置钢管的上下两侧焊接或绑扎多道抗剪键，根据设计承载力要求及施工要求设定内置钢管上抗剪键的间距；以内置钢管替代传统开洞梁布筋方式中的孔周受拉、受压弦杆和斜筋；
13.将内置钢管摆放于设计位置，然后通过抗剪键将内置钢管与开洞梁的受力纵筋相连，完成绑扎钢筋骨架；
14.将钢筋骨架吊装进模板内，对安装好内置钢管的钢筋骨架进行混凝土浇筑施工，从而将内置钢管与钢筋骨架浇筑一体，只留下作为预留孔洞的内模管，完成开洞梁的施工。
15.进一步，内置钢管上下侧的抗剪键在预制阶段便与内置钢管连接一起，也可运至现场后根据施工情况与钢管相连接。
16.一种采用内置钢管的开洞梁力学状态的计算方法，为衡量开洞梁的孔洞的承载能力，需要考虑正截面受弯承载力、斜截面、洞口弦杆的受剪承载力以及洞口弦杆杆端弯矩；
17.其中，对开洞梁的开洞侧剪切破坏的斜截面受剪承载力计算过程如下：
[0018]vu
＝vc+vs+v
sv
+v
sp
[0019]vc
＝ackcf
t
bh0[0020]vs
＝k
sas
[0021][0022]vsp
＝0.8f
ypasp
[0023]
式中，vu为开洞梁开洞侧剪切破坏的受剪承载力；混凝土项vc为混凝土对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；纵筋项vs为纵筋对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；箍筋项v
sv
为箍筋对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；内置钢管项v
sp
为内置钢管对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献，f
t
为混凝土轴心抗拉强度设计值；b为梁截面宽度；h0为梁截面有效高度；hh为洞口高度；λ为简支梁的剪跨比；as为梁底筋面积；f
yv
为箍筋抗拉强度设计值；a
sv
为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s为沿构件长度方向的箍筋间距；f
yp
为钢管屈服强度；a
sv
为配置在同一截面内钢管的全部截面面积。
[0024]
进一步，开洞梁的正截面受弯承载力计算过程如下：
[0025]mu
＝m
混
+m
u钢
[0026]m混
＝α1fcbx(h
0-0.5x)+f
′
ya′s(h
0-a
′s)
[0027]
其中
[0028]
a1fcbx+f
′
y’a
′s+f
′
yqb′
t
′
＝f
yas
+f
yqb″
t
[0029]
对受拉钢筋合力点取矩：
[0030]mu
＝α1fcbx(h
0-0.5x)+f
′
ya′s(h
0-a
′s)+f
′
yqb′
t
′
(h
0-a
″s)-f
yqb″
t(a
″′
s-as)
[0031]
取f
yq
＝f
′
yq
；b
′
＝b
″
；t＝t
′
；a
″s＝a
″′s[0032]
则，m
钢
＝f
yq
bt(h-2a
″s)
[0033]
因内置钢管并非连续且并未全跨布置，且仅受弯段内的内置钢管对正截面受弯承
载力有贡献；
[0034]
故，令
[0035]
式中，mu为采用内置钢管开洞梁截面的最大受弯承载力，m
混
为不考虑内置钢管的普通开洞梁受弯承载力；m
u钢
为内置钢管提供的受弯承载力；fy为受拉区钢筋的抗拉强度设计值；f
′y为受压区钢筋的抗压强度设计值；f
yq
为受拉区钢板的屈服强度；f
′
yq
为受压区钢板的屈服强度；b
′
为梁截面中受压区钢板的长度；b
″
为梁截面中受拉区钢板的长度；as为受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离；a
′s为受压钢筋合力点到截面受压边缘的距离；a
″s为受压钢板合力点到截面受压边缘的距离；a
″′s为受拉钢板合力点到截面受拉边缘的距离；t为受压钢板屈服时的最大厚度；t
′
为受拉钢板屈服时的最大厚度，；β为钢管非连续的折减系数；l
′
为受弯段内内置钢管的总长度；l0为梁的计算长度。
[0036]
进一步，开洞梁的洞口弦杆受剪承载力依照以下公式进行计算：
[0037]
受压弦杆：
[0038][0039]
受拉弦杆：
[0040][0041]
式中，λc、λ
t
分别为受压、受拉弦杆的剪跨比；f
t
为混凝土抗拉强度设计值；分别为受压、受拉弦杆的有效高度；sc、s
t
分别为受压、受拉弦杆的箍筋间距；a
sc
、a
st
分别为受压、受拉弦杆的箍筋截面面积；a
′a、aa分别为受压、受拉弦杆的钢板截面面积；f
′v、fv分别为受压、受拉弦杆的钢板抗剪强度设计值。
[0042]
进一步，开洞梁的洞口弦杆杆端弯矩计算过程如下：
[0043]
设开洞梁内置钢管与混凝土间没有相对滑移、忽略混凝土的抗拉作用、截面符合平截面假定、上弦杆的轴向作用力为压力，下弦杆的轴向作用力为拉力、下弦杆为小偏心受拉构件，则，
[0044]
受压弦杆：
[0045][0046]
nc＝n
uc
[0047][0048]
若x＜ξbhc，受压弦杆为大偏压；若x≥ξbhc，受压弦杆为小偏压；
[0049]
大偏压：
[0050]
由
[0051][0052]
得
[0053][0054][0055]muc
＝nce0[0056]
小偏压：
[0057][0058]ei
＝0.5h
c-a
′
s-e
[0059]muc
＝nce0[0060]
受拉弦杆：
[0061]nut
＝f
yas
+faaa[0062]nt
＝n
ut
[0063]
由
[0064]
得
[0065]eo
＝0.45h
t-a
s-e
[0066]mut
＝n
t
e0[0067]mu
＝m
uc
+m
ut
[0068]
式中，为钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数；ξb为相对界限受压区高度；ac、a
t
分别为受压、受拉弦杆中钢板至混凝土边缘的距离；hc、hc分别为受压、受拉弦杆的高度。
[0069]
一种采用内置钢管的开洞梁的设计方法：在已知设计开洞梁的配筋求承载力时，通过反算权利要求6-9中的公式即可获得配筋设计要求。
[0070]
与现有技术相比较，本发明的优点如下：
[0071]
1、本发明将开洞梁孔周加强配筋单元化、装配化，通过内置钢管工厂化预制、现场装配的建造方式，保证了构件的加工质量，减少了现场的作业量，能够有效提高施工效率，缩短施工工期并降低对环境的污染。
[0072]
2、本发明内置钢管在施工阶段既发挥钢筋支架作用，又可为纵向受力钢筋定位；在使用阶段发挥抗剪的作用，实现一筋多用。
[0073]
3、本发明工序便于控制，可以较好的控制施工质量，能够显著提高混凝土结构的装配化、工业化程度，方便施工、降低施工难度，提高工程的建设速度和生产效率，缩短施工工期，降低工程造价。
[0074]
4、本发明相较于传统的孔周加强配筋方法，有效减少洞口内部的裂缝，对建筑的耐久性和结构强度起到积极作用。
[0075]
说明书附图
[0076]
图1为本发明实施例中内置钢管构成开洞梁的结构示意图；
[0077]
图2为本发明实施例中在宽扁梁中使用的管壁开洞的内置钢管结构示意图；
[0078]
图3为本发明实施例中在宽扁梁中使用的分体式钢管结构示意图；
[0079]
图4为本发明实施例中圆形内置钢管结构示意图；
[0080]
图5为本发明实施例中八边形内置钢管结构示意图；
[0081]
图6为本发明实施例中采用压型钢板的内置钢管结构示意图；
[0082]
图7为本发明实施例中与内模管连接一体的内置钢管结构示意图；
[0083]
图8为本发明实施例的施工流程示意图；
[0084]
图9为本发明实施例中内模管洞口周围受压弦杆与受拉弦杆的示意图；
[0085]
图10为本发明实施例中梁截面尺寸示意图；
[0086]
图11为本发明实施例中梁正截面受力示意图；
[0087]
图12为本发明实施例中洞口弦杆受力示意图；
[0088]
图13为本发明实施例中大偏心受压构件受力示意图；
[0089]
图14为本发明实施例中小偏心受压构件受力示意图；
[0090]
图15为本发明实施例中小偏心受拉构件受力示意图。
[0091]
图中：1-内置钢管，2-抗剪键，3-内模管，4-支撑件。
具体实施方式
[0092]
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，下面结合附图1至附图7，详细说明本专利的实施方式。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明。
[0093]
如图1、图7所示，本发明的采用内置钢管的开洞梁，在钢筋混凝土构成的预制横梁上，根据开洞需要预设内置钢管1，内置钢管1中通过支撑件4设有作为预留孔洞的内模管3，作为预留孔洞的内模管3设置在内置钢管1中央，内模管3与内置钢管1的截面形成同心的嵌套结构；内置钢管1周围不使用桁架斜撑或者斜筋，只在内置钢管1上下管壁外侧面水平设置有一排与横梁中受力纵筋连接的抗剪键，通过浇筑混凝土从而与预制横梁形成一体。所述内置钢管1的截面包括矩形、圆形、或者矩形变体，所述的矩形变体的左右两侧为垂直结构，上下两侧为相对设置的波浪形压型钢板；当应用在宽扁梁中时，内置钢管1侧壁中设有镂空的开洞，或者使用多个分体式内置钢管1在宽扁梁中前后设置。抗剪键2为短钢筋形成的扎筋或者槽钢构成。
[0094]
一种采用内置钢管的开洞梁及力学状态的计算方法，包括内置钢管补强的开洞梁孔周补强配筋结构设计、施工方法及理论计算方法：
[0095]
根据洞口的形状及尺寸，确定内置钢管1相应的各项参数；
[0096]
以内置钢管1替代传统开洞梁布筋方式中的孔周受拉、受压弦杆和斜筋，并且内置钢管1与洞口和梁两侧预留相应的保护层；
[0097]
在钢管上下两侧焊接或绑扎箍筋，内置钢管1通过箍筋与受力纵筋相连；
[0098]
根据设计承载力要求及施工要求，合理确定内置钢管1上箍筋的间距；
[0099]
预制内置钢管1，现场装配施工。
[0100]
应适当选取钢管厚度，以保证钢管在浇灌阶段时有足够的整体刚度，不被混凝土压弯变形。
[0101]
内置钢管1上下侧箍筋可在预制阶段便与钢管连接一起，也可运至现场后根据施工情况与钢管相连接。
[0102]
现场施工时，首先将内置钢管1放置于预定位置，而后通过内置钢管1定位穿插纵
向钢筋，最后绑扎箍筋，完成开洞梁钢筋骨架制作。
[0103]
钢管管壁可开洞以便混凝土浇筑，开洞的位置和尺寸应首先保证结构的安全性。
[0104]
如图8所示，本发明的施工流程为：首先在工厂预制钢管，其中，钢管上的箍筋可于工厂预制阶段便与钢管连接，也可于钢管运至施工现场后，依据实际情况确定箍筋相应位置并连接。其次，在现场将内置钢管1摆放于相应位置，并绑扎钢筋骨架，若需要在洞口内侧预留钢内模，则可在钢筋骨架绑扎完毕后，将钢内模通过适当长度的钢棒与内置钢管1焊接连接于一体。最后，将钢筋骨架吊装进模板内，进入浇筑阶段。
[0105]
如图10和图11所示，参考现有理论及材料力学相关公式，提出采用本发明开洞梁的孔侧剪切破坏的斜截面受剪承载力可以依照以下公式进行计算：
[0106]vu
＝vc+vs+v
sv
+v
sp
[0107]vc
＝ackcf
t
bh0[0108]vs
＝k
sas
[0109][0110]vsp
＝0.8f
ypasp
[0111]
相关参数根据试验给出
[0112]
式中，vu为开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力；混凝土项vc为混凝土对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；纵筋项vs为纵筋对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；箍筋项v
sv
为箍筋对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；内置钢管1项v
sp
为内置钢管1对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献，f
t
为混凝土轴心抗拉强度设计值；b为梁截面宽度；h0为梁截面有效高度；hh为洞口高度；λ为简支梁的剪跨比；as为梁底筋面积；f
yv
为箍筋抗拉强度设计值；a
sv
为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s为沿构件长度方向的箍筋间距；f
yp
为钢管屈服强度；a
sv
为配置在同一截面内钢管的全部截面面积。
[0113]
参考现有理论及相关公式，提出采用本发明开洞梁的正截面受弯承载力可以依照以下公式进行计算：
[0114]mu
＝m
混
+m
u钢
[0115]m混
＝α1fcbx(h
0-0.5x)+f
′
ya′s(h
0-a
′s)
[0116]
其中
[0117]
α1fcbx+f
′
y’a
′s+f
′
yqb′
t
′
＝f
yas
+f
yqb″
t
[0118]
对受拉钢筋合力点取矩
[0119]mu
＝α1fcbx(h
0-0.5x)+f
′
ya′s(h
0-a
′s)+f
′
yqb′
t
′
(h
0-a
″s)-f
yqb″
t(a
″′
s-as)
[0120]
取f
yq
＝f
′
yq
；b
′
＝b
″
；t＝t
′
；a
″s＝a
″′s[0121]
则，m
钢
＝f
yq
bt(h-2a
″s)
[0122]
因试件内置钢管1并非连续且并未全跨布置，且仅受弯段内的钢管对正截面受弯承载力有贡献。
[0123]
故，令
[0124]
式中，mu为采用内置钢管1开洞梁截面的最大受弯承载力，m
混
为不考虑内置钢管1的普通开洞梁受弯承载力；m
u钢
为内置钢管1提供的受弯承载力；fy为受拉区钢筋的抗拉强度
设计值；f
′y为受压区钢筋的抗压强度设计值；f
yq
为受拉区钢板的屈服强度；f
′
yq
为受压区钢板的屈服强度；b
′
为梁截面中受压区钢板的长度；b
″
为梁截面中受拉区钢板的长度；as为受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离；a
′s为受压钢筋合力点到截面受压边缘的距离；a
″s为受压钢板合力点到截面受压边缘的距离；a
″′s为受拉钢板合力点到截面受拉边缘的距离；t为受压钢板屈服时的最大厚度；t
′
为受拉钢板屈服时的最大厚度，；β为钢管非连续的折减系数；l
′
为受弯段内内置钢管1的总长度；l0为梁的计算长度；
[0125]
如图9和图12所示，参考现有理论及相关公式，提出采用本发明开洞梁的洞口弦杆受剪承载力可以依照以下公式进行计算：
[0126]
受压弦杆：
[0127][0128]
受拉弦杆：
[0129][0130]
式中，λc、λ
t
分别为受压、受拉弦杆的剪跨比；f
t
为混凝土抗拉强度设计值；分别为受压、受拉弦杆的有效高度；sc、s
t
分别为受压、受拉弦杆的箍筋间距；a
sc
、a
st
分别为受压、受拉弦杆的箍筋截面面积；a
′a、aa分别为受压、受拉弦杆的钢板截面面积；f
′v、fv分别为受压、受拉弦杆的钢板抗剪强度设计值。
[0131]
进一步，参考现有理论及相关公式，提出采用本发明开洞梁的洞口弦杆杆端弯矩可以依照以下公式进行计算：
[0132]
其中，基本假定为：
[0133]
1.钢管与混凝土间没有相对滑移；
[0134]
2.忽略混凝土的抗拉作用；
[0135]
3.截面符合平截面假定；
[0136]
4.上弦杆的轴向作用力为压力，下弦杆的轴向作用力为拉力；
[0137]
5.下弦杆为小偏心受拉构件。
[0138]
受压弦杆：
[0139][0140]
nc＝n
uc
[0141][0142]
若x＜ξbhc，为大偏压；若x≥ξbhc，为小偏压。
[0143]
大偏压，如图13所示：
[0144]
由
[0145][0146]
得
[0147][0148][0149]muc
＝nce0[0150]
小偏压，如图14所示：
[0151][0152]ei
＝0.5h
c-a
′
s-e
[0153]muc
＝nce0[0154]
受拉弦杆，如图15所示：
[0155]nut
＝f
yas
+faha[0156]nt
＝n
ut
[0157]
由
[0158]
得
[0159]
e0＝0.45h
t-a
s-e
[0160]mut
＝n
t
e0[0161]mu
＝m
uc
+m
ut
[0162]
式中，为钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数；ξb为相对界限受压区高度；ac、a
t
分别为受压、受拉弦杆中钢板至混凝土边缘的距离；hc、hc分别为受压、受拉弦杆的高度。
[0163]
实施例1
[0164]
如图1所示，一种采用内置钢管1的开洞梁补强方法，上下两侧箍筋与钢管连接成一体，而后放置钢管于相应位置，绑扎钢筋骨架。
[0165]
实施例2
[0166]
如图2所示，钢管管壁可在不影响整体性能的适当位置开设适当尺寸的洞口，以便浇筑阶段混凝土可以充分振捣。
[0167]
实施例3
[0168]
如图2、图3所示，当采用宽扁梁的形式时，可采用通长钢管置于孔周，也可采用若干个分体钢管并列置于孔周。钢管上的箍筋与构件上的普通箍筋为同一钢材编号、箍肢数量。
[0169]
实施例4
[0170]
如图4、图5和图6所示，钢管可以依据洞口的具体形式或其他设计方面的考虑选用不同的形状，如圆形、六边形、八边形、椭圆形等形状。
[0171]
实施例5
[0172]
如图7所示，当洞口内侧需要安装钢内模时，可在钢筋骨架绑扎完成后，将钢内模焊接于相应位置的内置钢管1中，内置钢管1与钢内模通过合适长度的钢棒相连。钢内模应等长或略长于洞口深度。
[0173]
开洞梁洞口形状可以为矩形、圆形椭圆形等其他形状，且洞口形状与钢管形状并非必须相同。
[0174]
本实施例结构适用于任何需要开洞的梁构件。

技术特征：
1.一种采用内置钢管的开洞梁，其特征在于：在钢筋混凝土构成的预制横梁上，根据开洞需要预设内置钢管，内置钢管中通过支撑件设有作为预留孔洞的内模管，作为预留孔洞的内模管设置在内置钢管中央，内模管与内置钢管的截面形成同心的嵌套结构；内置钢管周围不使用桁架斜撑或者斜筋，只在内置钢管上下管壁外侧面水平设置有一排与横梁中受力纵筋连接的抗剪键，通过浇筑混凝土从而与预制横梁形成一体，既发挥钢筋支架作用，又为纵向受力钢筋定位，在使用阶段发挥抗剪的作用，实现一筋多用，有效减少洞口内部的裂缝，提高建筑的耐久性和结构强度。2.根据权利要求1所述一种采用内置钢管的开洞梁，其特征在于：所述内置钢管的截面包括矩形、圆形、或者矩形变体，所述的矩形变体的左右两侧为垂直结构，上下两侧为相对设置的波浪形压型钢板；当应用在宽扁梁中时，内置钢管侧壁中设有镂空的开洞，或者使用多个分体式内置钢管在宽扁梁中前后设置。3.根据权利要求1所述一种采用内置钢管的开洞梁，其特征在于：抗剪键为短钢筋形成的扎筋或者槽钢构成。4.一种采用内置钢管的开洞梁构造方法，其特征在于步骤如下：根据设计的开洞梁所需洞口的形状及尺寸，确定构建孔洞的内置钢管相应的各项参数；然后将订制的内置钢管运至施工现场；根据设计要求设置开洞梁的钢筋；在内置钢管的上下两侧焊接或绑扎多道抗剪键，根据设计承载力要求及施工要求设定内置钢管上抗剪键的间距；以内置钢管替代传统开洞梁布筋方式中的孔周受拉、受压弦杆和斜筋；将内置钢管摆放于设计位置，然后通过抗剪键将内置钢管与开洞梁的受力纵筋相连，完成绑扎钢筋骨架；将钢筋骨架吊装进模板内，对安装好内置钢管的钢筋骨架进行混凝土浇筑施工，从而将内置钢管与钢筋骨架浇筑一体，只留下作为预留孔洞的内模管，完成开洞梁的施工。5.根据权利要求3所述一种采用内置钢管的开洞梁构造方法，其特征在于：内置钢管上下侧的抗剪键在预制阶段便与内置钢管连接一起，也可运至现场后根据施工情况与钢管相连接。6.一种采用内置钢管的开洞梁力学状态的计算方法，其特征在于：为衡量开洞梁的孔洞的承载能力，需要考虑正截面受弯承载力、斜截面、洞口弦杆的受剪承载力以及洞口弦杆杆端弯矩；其中，对开洞梁的开洞侧剪切破坏的斜截面受剪承载力计算过程如下：v
u
＝v
c
+v
s
+v
sv
+v
spvc
＝α
c
k
c
f
t
bh
0vs
＝k
s
a
svsp
＝0.8f
yp
a
sp
式中，v
u
为开洞梁开洞侧剪切破坏的受剪承载力；混凝土项v
c
为混凝土对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；纵筋项v
s
为纵筋对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡
献；箍筋项v
sv
为箍筋对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献；内置钢管项v
sp
为内置钢管对开洞梁孔侧剪切破坏的受剪承载力的贡献，f
t
为混凝土轴心抗拉强度设计值；b为梁截面宽度；h0为梁截面有效高度；h
h
为洞口高度；λ为简支梁的剪跨比；a
s
为梁底筋面积；f
yv
为箍筋抗拉强度设计值；a
sv
为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s为沿构件长度方向的箍筋间距；f
yp
为钢管屈服强度；a
sv
为配置在同一截面内钢管的全部截面面积。7.根据权利要求6所述一种采用内置钢管的开洞梁力学状态的计算方法，其特征在于：开洞梁的正截面受弯承载力计算过程如下：m
u
＝m
混
+m
u钢
m
混
＝α1f
c
bx(h
0-0.5x)+f
′
y
a
′
s
(h
0-a
′
s
)其中α1f
c
bx+f
′
y’a
′
s
+f
′
yq
b
′
t
′
＝f
y
a
s
+f
yq
b
″
t对受拉钢筋合力点取矩：m
u
＝α1f
c
bx(h
0-0.5x)+f
′
y
a
′
s
(h
0-a
′
s
)+f
′
yq
b
′
t
′
(h
0-a
″
s
)-f
yq
b
″
t(a
″′
s-a
s
)取f
yq
＝f
′
yq
；b
′
＝b
″
；t＝t
′
；a
″
s
＝a
″′
s
则，m
钢
＝f
yq
bt(h-2a
″
s
)因内置钢管并非连续且并未全跨布置，且仅受弯段内的内置钢管对正截面受弯承载力有贡献；故，令式中，m
u
为采用内置钢管开洞梁截面的最大受弯承载力，m
混
为不考虑内置钢管的普通开洞梁受弯承载力；m
u钢
为内置钢管提供的受弯承载力；f
y
为受拉区钢筋的抗拉强度设计值；f
′
y
为受压区钢筋的抗压强度设计值；f
yq
为受拉区钢板的屈服强度；f
′
yq
为受压区钢板的屈服强度；b
′
为梁截面中受压区钢板的长度；b
″
为梁截面中受拉区钢板的长度；a
s
为受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离；a
′
s
为受压钢筋合力点到截面受压边缘的距离；a
″
s
为受压钢板合力点到截面受压边缘的距离；a
″′
s
为受拉钢板合力点到截面受拉边缘的距离；t为受压钢板屈服时的最大厚度；t
′
为受拉钢板屈服时的最大厚度，；β为钢管非连续的折减系数；l
′
为受弯段内内置钢管的总长度；l0为梁的计算长度。8.根据权利要求6所述一种采用内置钢管的开洞梁力学状态的计算方法，其特征在于：开洞梁的洞口弦杆受剪承载力依照以下公式进行计算：受压弦杆：受拉弦杆：式中，λ
c
、λ
t
分别为受压、受拉弦杆的剪跨比；f
t
为混凝土抗拉强度设计值；分别为受压、受拉弦杆的有效高度；s
c
、s
t
分别为受压、受拉弦杆的箍筋间距；a
sc
、a
st
分别为受压、受拉弦杆的箍筋截面面积；a
′
a
、a
a
分别为受压、受拉弦杆的钢板截面面积；f
′
v
、f
v
分别为受压、受拉弦杆的钢板抗剪强度设计值。
9.根据权利要求6所述一种采用内置钢管的开洞梁力学状态的计算方法，其特征在于：开洞梁的洞口弦杆杆端弯矩计算过程如下：设开洞梁内置钢管与混凝土间没有相对滑移、忽略混凝土的抗拉作用、截面符合平截面假定、上弦杆的轴向作用力为压力，下弦杆的轴向作用力为拉力、下弦杆为小偏心受拉构件，则，受压弦杆：n
c
＝n
uc
若x＜ξ
b
h
c
，受压弦杆为大偏压；若x≥ξ
b
h
c
，受压弦杆为小偏压；大偏压：由得e
i
＝e-0.5h
c
+a
′
s
；e0＝e
i-e
a
；m
uc
＝n
c
e0小偏压：e
i
＝0.5h
c-a
′
s-em
uc
＝n
c
e0受拉弦杆：n
ut
＝f
y
a
s
+f
a
a
a
n
t
＝n
ut
由n
t
e＝f
a
a
a
(h
′
0-a
t
)得e0＝0.45h
t-a
s-em
ut
＝n
t
e0m
u
＝m
uc
+m
ut
式中，为钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数；ξ
b
为相对界限受压区高度；a
c
、a
t
分别为受压、受拉弦杆中钢板至混凝土边缘的距离；h
c
、h
c
分别为受压、受拉弦杆的高度。10.一种采用内置钢管的开洞梁的设计方法，其特征在于，在已知设计开洞梁的配筋求承载力时，通过反算权利要求6-9中的公式即可获得配筋设计要求。

技术总结
本发明公开一种采用内置钢管的开洞梁及力学状态的计算方法，涉及建筑结构领域。在钢筋混凝土构成的预制横梁上，根据开洞需要预设内置钢管，内置钢管中通过支撑件设有作为预留孔洞的内模管，作为预留孔洞的管道设置在矩形的内置钢管中央，从而与内置钢管形成回字结构，不使用桁架斜撑或者斜筋，只在内置钢管上下面水平设置一排前后向与横梁中受力纵筋连接的抗剪键，通过混凝土浇筑。在施工阶段既发挥钢筋支架作用，又为纵向受力钢筋定位，在使用阶段发挥抗剪的作用，实现一筋多用。其施工方便，能够有效减少洞口内部的裂缝，对建筑的耐久性和结构强度有益，能够有效提高工程的建设速度和生产效率，缩短施工工期，降低工程造价。价。价。


技术研发人员：王勇 韩冠旭 吁达 滕飞 杜凯飞 刘伟鑫 王姗姗 古傲林 李泽峰 黄帆
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/7