组合结构文献综述

钢-混凝土组合结构设计

题目：组合梁与现浇结构中钢筋混凝土梁分析对比

学校：辽宁工业大学

院（系）：土木建筑工程学院

学号：100501061

学生姓名：柴高炯

指导老师：田傲霜

摘要：为了分析对比组合梁与钢筋混凝土梁在设计计算上的异同，本文将从四个方面论述，分别为：受弯承载力、受剪承载力、弯剪相关性以及裂缝和挠度计算。每一方面又在设计理论、基本假定、判别条件、计算公式和应力应变图进行分析比较。

关键词：组合梁、钢筋混凝土梁、受弯承载力、受剪承载力、弯剪相关性、裂缝计算和挠度计算

1.受弯承载力

在设计理论上，组合梁和现浇结构中钢筋混凝土梁都可视为T形截面梁。但是对于组合梁是通过连接件达到与混凝土板的有效连接，连接件用以抵抗钢梁和混凝土板之间的相对滑移，使它们的弯曲变形协调，则在弯矩作用下的截面的应变接近平截面假定，这样，混凝土板和钢梁之间就构成了一个具有公共中和轴的组合截面；对于现浇结构中的钢筋混凝土梁，由于是通过一次性整体现浇而成，钢筋混凝土板和梁之间天然连接，协同受力。

在基本假定上，共同的假定有：1）截面应保持不变；2）不考虑混凝土的抗拉强度；3）混凝土受压的应力与应变关系曲线按下列规定取用：当时（上升段）

当时（水平段）

式中，参数、和的取值如下，为混凝土立方体抗压强度标准值。

对于钢筋混凝土梁有另外两条假定，分别是：纵向受拉钢筋的极限拉应变取为0.01；纵向钢筋的应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积，但其值应符合下列要求：。对于组合梁对应的为钢梁的要求。

与钢筋混凝土梁相比，组合梁按照结算方法不同仍有不同的假定，在弹性受弯承载力计算时的基本假定还有：1)在正弯矩作用下,不考虑混凝土板中的钢筋作用；2）中间支座两侧负弯矩区混凝土板受拉开裂区段的长度，各为该跨的0.15

倍，在确定截面刚度时，只计入该区段的钢筋，不计入该区段的混凝土板。塑性受弯承载力计算时，对于有混凝土板托的组合梁，不考虑混凝土板托的作用。

另外，施工方法对组合梁的受力性能有重要影响，施工时钢梁下不设置临时支撑的组合梁，计算分析时应分两个阶段考虑：在施工阶段，即在混凝土板强度达到75%的设计强度之前，钢梁自重、混凝土板的自重和施工荷载由钢梁单独承受，并按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）计算；在使用阶段，即当混凝土板的强度达到75%的设计强度后，用弹性分析方法计算承载力时，使用荷载和第二阶段增加的恒载由组合截面承受，钢梁的应力和挠度应与前一阶段的应力和挠度叠加；用塑性理论分析时，则全部荷载均由组合截面承受。当施工阶段在钢梁下设置临时支撑时，撤去支撑前钢梁不产生挠度，可以近似认为钢梁在施工阶段不产生应力，因此不必进行施工阶段的验算。在使用阶段，即撤去临时支撑后，全部的恒载和使用荷载均由组合截面承受。

而对于现浇结构钢筋混凝土梁施工时都有临时支撑。

组合梁和现浇结构钢筋混凝土梁的应力应变图相似。

混凝土梁在计算时要求满足：。对于组合梁，按弹性方法设计时，对于钢梁部分

对于混凝土部分

对于纵向受拉钢筋

式中为荷载效应设计值在钢梁截面内不利点处引起的正应力，受拉为正；

为荷载效应设计值在混凝土板截面内不利点处引起的正应力，受拉为正；

为荷载效应设计值引起的纵向受拉钢筋的应力；

为钢梁的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；

为混凝土的抗压强度设计值；

为纵向钢筋的抗拉强度设计值。

按塑性方法设计时，组合梁的受弯承载力的极限状态方程为：

式中为弯矩设计值；为截面受弯承载力。

组合梁和钢筋混凝土梁计算原理类似，但是具体计算公式相差甚大。

组合梁和钢筋混凝土梁的应力应变图都分为受压和受拉两部分，但是在简化

计算时，对于钢筋混凝土梁受拉区、受压区以及相连区是相连的，对于组合梁由于有压型钢板，应力不连续。

2.受剪承载力

在设计理论上，组合梁和现浇结构的钢筋混凝土梁受剪承载力都是由计算和构造来满足，但是对于组合梁而言，剪力由钢梁承受，而钢筋混凝土梁的剪力通过箍筋来承受。另外，对于组合梁的受剪承载力要分为混凝土抗剪和钢梁抗剪两部分，而对于钢筋混凝土梁是混凝土抗剪和箍筋抗剪两部分。

在基本假定方面，组合梁和钢筋混凝土梁的抗剪承载力设计都沿用进行受弯承载力的假定，故异同见受弯承载力关于基本假定的分析对比。

组合梁的受剪承载力分析按照弹性理论和塑性理论分别阐述。按弹性理论设计时，对于钢梁部分，剪应力的极限状态方程为：

式中为组合截面钢梁部分在竖向剪力设计值作用下验算点处的剪应力；

为钢材的抗剪强度设计值。

按塑性理论设计时，对承受正弯矩的组合梁截面或承受负弯矩且

的组合梁截面，其竖向受剪承载力的极限状态方程可写为

式中为竖向剪力设计值；为截面的竖向受剪承载力。

钢筋混凝土梁的受剪承载力极限状态方程为

式中为竖向剪力设计值；为截面的竖向受剪承载力。

由以上极限状态方程容易看出，钢筋混凝土梁的极限状态方程和组合梁按塑性理论设计时的极限状态方程是相同的，区别于按组合梁按弹性理论设计时的极限状态方程。

由于组合梁和钢筋混凝土梁的材料形式的区别，在计算公式上也有较大差异，组合梁的计算公式相对繁琐。

3.弯剪相关性

钢筋混凝土梁对弯矩和剪力的相关影响没有专门的要求。在弯矩和剪力的共同作用下，剪力对组合梁的受弯承载力有不利的影响。对简支组合梁来说，考虑

到在一般情况下值不会很大，因此，我国规范对弯矩和剪力的相关影响没有提出专门的要求。对于连续组合梁的负弯矩区，由于弯矩和剪力均达到最大，考虑弯矩的相关影响就显得比较重要。但实验表明，中间支座截面混凝土板内因为有纵向钢筋的存在，其竖向受剪承载力有可能高于钢梁腹板的极限抗剪能力。受剪承载力提高的程度取决于纵向钢筋拉力与钢梁拉力的比值，在值较大的情况下，组合梁的竖向承载力可提高35%左右。根据试验结果，只要纵筋拉力与钢梁拉力的比值，可以分别按纯弯和纯剪进行设计。

4.裂缝和挠度计算

对于组合梁和钢筋混凝土梁的裂缝与挠度验算都是对正常使用极限状态的

验算。对于组合梁不论在承载力极限状态内力分析时采用弹性分析法还是塑性分析法，正常使用状态的内力分析均应采用弹性分析法。

对于组合梁和钢筋混凝土梁，按正常使用极限状态的验算要求，裂缝宽度应满足

式中为标准荷载作用下连续组合梁负弯矩区的最大裂缝宽度；

为《混凝土结构设计规范》规定的允许最大裂缝宽度。

但是关于挠度的验算不同

对于组合梁

式中为标准荷载作用下组合梁的跨中挠度；

为《钢结构设计规范》规定的挠度允许值；

对于钢筋混凝土梁

式中为挠度限值，《混凝土结构设计规范》规定的允许最大挠度；

为根据最小刚度原则采用的刚度B进行计算的挠度，当跨间为同号弯矩时

式中是梁的计算跨度。

是与荷载形式、支撑条件有关的挠度系数；

为弯矩的标准组合值。