钢-混组合桥梁多螺栓抗剪连接件的静力特性

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PBL剪力键的弹性静力解析解

PBL剪力键的弹性静力解析解司秀勇;刘丽芳;肖林【摘要】基于Airy应力函数和Winkler弹性地基梁理论,进行钢混组合结构中PBL剪力键在工作状态下的弹性静力解析解研究.根据PBL剪力键在工作状态下的受力特性,将PBL剪力键简化为混凝土圆环与贯穿钢筋相互作用的力学模型.在假设混凝土圆环的接触应力为抛物线分布的条件下,借助Airy应力函数,求解其工作状态下的应力和位移的解析解;应用Winkler弹性地基梁理论,得出贯穿钢筋的应力和位移的解析解.运用该解析解和有限元对算例的计算结果进行对比,结果表明该PBL剪力键在工作状态下的弹性静力解析解是可靠的.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】7页(P8-14)【关键词】钢混组合结构;PBL剪力键;弹性静力;解析解;Winkler弹性地基梁;Airy 应力函数【作者】司秀勇;刘丽芳;肖林【作者单位】燕山大学建筑工程与力学学院,河北秦皇岛066004;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U441由于PBL剪力键具有良好的刚度、延性以及疲劳性能，近年来PBL剪力键在钢混组合结构,尤其是桥梁钢混结合段中的应用越来越广泛[1-3]。

目前，国内外学者对PBL剪力键的承载能力的研究，主要集中于其静力性能如强度与刚度[4]，研究方法多以试验尤其是推出试验为主[5-6]。

也有一些学者采用有限元方法进行分析[7-8]，但由于PBL剪力键在传力过程中的高度非线性行为，理论分析的难度较大，相关研究较少。

本文基于Airy应力函数和Winkler弹性地基梁理论，进行钢混组合结构中PBL剪力键在工作状态下的弹性静力解析解研究。

1 力学模型的建立图1为钢—混结合段中PBL剪力键推出试验的结构简图。

在加载初期，贯穿钢筋基本不参与工作，主要是由混凝土榫提供抗力；PBL剪力键加载中期和加载后期的抗力则主要由贯穿钢筋提供，此时混凝土榫剪切失效，退化为只传递压力的混凝土圆环[9]。

整理钢结构判断题

判断题20．(√)100×80×8表示不等边角钢的长边宽为100mm ，短边宽80mm ，厚8mm 。

A19．( × )按脱氧方法，钢分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢，其中沸腾钢脱氧最充分。

49．( √ )按脱氧方法，钢分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢，其中沸腾钢脱氧最差。

C 1（√）承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载的状态。

84（×）承载能力极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。

6.(√)承压型高强度螺栓连接以螺栓被剪坏或承压破坏作为连接承载能力的极限状态。

36.(×)承压型高强度螺栓连接只依靠被连接板件间强大的摩擦阻力承受外力，以摩擦阻力被克服作为连接承载能力的极限状态。

13 (×)承受轴心荷载的构件称为受弯构件。

28.(√)承受横向荷载的构件称为受弯构件。

35(√)承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接，当应力变化的循环次数n 4105⨯≥ 次时，应进行疲劳验算。

79．（×）承受静力荷载的焊接工字钢梁，当腹板高厚比 y w f h 2351700≥时，利用腹板屈曲后强度，腹板应配置纵向加劲肋。

14．(√)采用加大梁的截面尺寸来提高梁的整体稳定性，以增大受压翼缘的宽度最有效。

29．(×)采用加大梁的截面尺寸来提高梁的整体稳定性，但增大受压翼缘的宽度是无效的。

100.（×）采用角焊缝连接的板件必须坡口，焊缝金属不可直接填充在由被连接板件星辰的直角或斜角区域内。

5．(√)长期承受频繁的反复荷载的结构及其连接，在设计中必须考虑结构的疲劳问题。

93.（×）槽钢分为普通钢和轻型钢，其编号的依据是其截面宽度（单位m ）。

99.（×）侧面角焊缝主要承受剪力，塑性较差，但弹性磨具较高，强度也高。

钢-混凝土组合梁动力分析

ａｃｈｉｅｖｅｄｆｒｏｍｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｒｏｕｎｄｔｈｅ
ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｓｈａｖｅｃａｒｒｉｅｄｖｅｒｙｄｅｅｐｌｙ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎ
感谢土木建筑工程学院的老师们，在研究生阶段的学习过程中，是他们的培养和帮助，使我逐渐掌握了专业知识，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。
感谢在我攻读硕士学位期问在生活和学习中帮助过我的老师、同学和朋友！
感谢所有关心和帮助过我的人！最后，谨以此文献给二十多年来一直在背后默默支持和关爱着我的父母。
ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｗａｒｅ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｕｓｅｆｕｌｅｖｉｄｅｎｔｓｆｏｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ
ｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅｍｎｓ，ｄｙＩｌａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
图４－７混凝土翼板跨中上、下水平位移时程曲线…………………………………４８图４－８钢梁跨中下表面水平位移时程曲线…………………………………………４９图４－９组合梁跨中竖向位移时程曲线………………………………………………４９图４－１０梁端交界面纵向滑移时程曲线……………………………………………５０图４－１１单向输入水平地震波下梁跨中水平位移时程曲线………………………５０图４一１２第５０步梁端应力分布图……………………………………………………５ｌ图４－１３第１０６荷载步梁端应力分布图……………………………………………５ｌ图４一１４预应力大跨度混凝土梁截面图……………………………………………５２图４－１５３５米跨预应力混凝土梁跨中水平位移时程曲线…………………………５２图４－１６３５米跨预应力混凝土梁跨中竖向位移时程曲线…………………………５２

高强螺栓抗剪连接件推出试验数值模拟

浙江交通职业技术学院学报，第22卷第1期，2021年3月Journal of Zhejiang Institute of CommunicationsVol.22 No.l, Mar.2021高强螺栓抗剪连接件推出试验数值模拟秦希，赵伟(浙江交通职业技术学院，杭州311112)摘要：在预制混凝土板中采用可拆卸螺栓连接是缩短施工时间、优化施工工艺的方法之一。

提出一种新的螺栓连接件形式，利用ABAQUS 有限元软件对连接件推出试验进行了精细化的有限元模拟，并分析了不同参数下的荷载-滑移曲线和破坏行为。

提出的精细化有限元数值模拟方法能够较为准确地再现高强螺栓抗剪连接件推出试验的受力性能和破坏模式。

通过有限元模拟可知，在预紧力和螺杆直径满足抗剪要求的前提下，螺栓连接件推出试验的荷载-滑移曲线受螺栓预紧力大小、混凝土板预留孔径大小的影响较大，而基本不受螺栓螺杆直径的影响。

关键词：预制；组合梁；高强螺栓；连接件；推出试验；有限元中图分类号：U443.37文献标识码：Adoi ： 10.3969/j .issn. 1671 -234X.2021.01.005文章编号：1671-234X (2021) 01 - 0022 - 061概述由混凝土板和钢梁组成的钢-混凝土组合梁已经在建筑和桥梁中得到广泛的使用。

在组合梁中，剪力连接件是保证钢梁和混凝土板之间组合作用的重要构件。

目前，常见的剪力连接件类型包括焊钉连接件、钢筋连接件、角钢连接件和螺栓连接件個1)。

对于将焊钉作为抗剪连接件的传统钢-混凝土组合梁，一般采用现浇混凝土板，因此，现有的钢-混凝土组合结构施工方法耗时长、劳动强度大、造价高。

此外，现场浇筑混凝土也给组合结构的质量控制带来了困难。

同时，由于埋设在现浇混凝土板中的焊钉连接件焊接在钢梁翼缘上，使得采用焊钉连接件的传统组合结构在混凝土板拆除时产生大量的浪费和可观的能源消耗。

因此，与现浇混凝土板相比，在预制混凝土板中采用可拆卸螺栓连接是缩短施工时间、优化施工工艺的有效方法。

钢-UHPC组合桥面的疲劳性能研究

沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)2 02 1年1月第37卷第1期Jan. 2021Vol. 37, No. 1文章编号：2095 -1922(2221)01 -0001 -08 doi ：10.11717/j. issn ：2095 -1922.2021.31.01钢-UHPC 组合桥面的疲劳性能研究顾萍，鲁凡，张志强，马家欢(同济大学土木工程学院，上海200092)摘要目的研究钢-UHPC 组合桥面的疲劳裂纹类型和发展规律，分析疲劳裂纹对组合桥面板结构受力特性的影响，为钢-UHPC 组合桥面的设计提供理论依据。

方法依据实桥主桥钢桥面的构造参数，设计制作了两个足尺试验构件，进行静载、疲劳试验，并与有限元计算结果进行对比分析。

结果有限元模型计算的各测点应力和位移与实测值基本吻合；纵肋与横隔板连接焊缝处容易发生疲劳裂纹，所有试件均在此处发现了裂纹;纵肋腹板裂纹较小时，对钢桥面受力性能影响较小；随着纵肋腹板裂纹、UHPC 与钢桥面板脱层扩展，试件刚度显著下降，最大挠度增量达33%。

结论纵向配筋不同的两个构件其受力特性和疲劳性能差异不大，建议UHPC 层中纵向钢筋可按直径10 mm 密配筋布置。

关键词正交异性组合桥面板;疲劳试验;裂纹;脱层;刚度中图分类号TU927；U443文献标志码AFatigue Performance of Steel-UHPC CompositeBridge DeckGU Ping , LU Fan ，ZHANG Zhiqiang , MA Jiahuan(College of Civil Engineering ,Tongjt University ,Shanghai ,China ,220022)AbstrrcC : To investinatu fatinue cnck patterns ang theis influence on sUuctural behavios of the steel-UHPC cempositu deck undes ceclinn loaninn i V enabU the fatigue desinn specification. Two full-scale bUdgc deck specimens weu desionen and fanricateh with the specific detailing anf dimensions in accerUancc to the putotypc bUdgc deck ol t reti bridgc fos static anf fatinuc tests. CompareC with thc test usp U s , thc FE-baseC cemputatiouai usp U s were found nuc with U u measuren s U css and dispUcement s U thc cencerning 卩0)111：5. Thc Utiguc cracki obseuen were prooc tu occus t the joints between the longiUldinci Ubs anf the ddphucm fos all specimens.It is ccncluUen thct when cock initiates in We Ub web , vero small chnge would occus in the Ub sWesses anf in the deUechou ol bridge deck. But with furthes deveUpment ol Utigue cracks in We Un web , anf delamination between the UHPC layes and We steel deck . the 00x1101 stiffness ol We bridde deck specimen decreaseC 501^0111:0,31x 1 a 33% increment in the deUeckou was obseuen in the tests. The two specimens , Wough were not identical the same in longituUinci steel收稿日期：202。

钢与混凝土组合结构

钢与混凝土组合结构专业：结构工程绪论由两种不同性质的材料组合成整体共同工作的构件成为组合构件。

由组合构件可组成组合结构。

由于两种不同性质的材料扬长避短，各自发挥其特长，因此具有一系列的优点。

目前研究比较成熟与应用较多的主要是下列的钢与混凝土组合结构：压型钢板与混凝土组合板，.组合梁，型钢混凝土结构，钢管混凝土结构，外包钢混凝土组合结构及钢纤维混凝土等等。

第1章剪切连接1.1 概述钢与混凝土组合结构，只有将两种不同材料组合成一体才能显示其优越性。

这种组合作用，主要是依靠两种不同材料之间的可靠连接。

连接必须能有效传递混凝土与钢材之间的剪力，同时能有效抵抗两者分离的“掀起力”，才能使混凝土与钢材组合整体，共同工作。

（1）无剪切连接的情况：两根材料、截面、刚度完全相同的矩形截面的梁，叠置在一起，中间不设任何连接，而且忽略两梁之间截面上的摩擦力。

此时，最大弯应力的值为：22m a x m a x 83bhql I My ==σ，发生在每个梁的上下边缘纤维处。

梁在支座处剪力最大：4ql V =。

最大剪应力：bhql bh V 8323max ==τ 跨中最大挠度：3446453842/5Ebhql EI ql f == （2）完全剪切连接的情况：上下梁完全组合成一整体，则可按截面宽度为b ，高为2h ，跨度为l 承受均布荷载q 的简支梁计算。

跨中最大弯矩处的最大正应力为：22max max163bh ql I My ==σ。

梁在支座处剪力最大：2ql V =。

最大剪应力：bhql bh V 8323max ==τ 跨中最大挠度：34425653845Ebhql EI ql f == 可以得出结论：完全剪切连接的组合梁与无剪切连接的叠合梁相比，惯性矩与刚度大大提高。

大大减小了梁截面的法向应力与梁的挠度。

这就是“组合效应”起到的主要作用。

1.2连接方式组合构件中混凝土与钢连接应视构件的形式与受力性能采取不同的方式。

商合杭高铁钢-混凝土连续结合梁设计

商合杭高铁钢-混凝土连续结合梁设计杨欣然，左家强，万明（中国铁路设计集团有限公司，天津300308）摘要：商合杭高铁跨越茨谷河采用5×50m钢-混凝土连续结合梁，该型梁应用于时速350km 高速铁路无砟轨道属我国首次。

在静力计算方面，主要对活载动力系数、计算模型及内力放大系数、混凝土桥面板及钢梁有效宽度、负弯矩区处理等进行分析；在动力性能方面，通过对车桥耦合动力仿真各项指标进行把控，保证了5×50m钢-混凝土连续结合梁具有良好的静动力性能，可为类似结构提供参考借鉴。

关键词：商合杭高铁；高速铁路；古城特大桥；钢-混凝土连续结合梁中图分类号：U442文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）06-0082-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2020.06.0821工程概况商合杭高铁古城特大桥主要为跨越西淝河、黑茨河、谷河、京九铁路、省道308、界阜蚌高速公路等工点而设。

茨谷河是黑茨河右岸的支流河道，刘庙湾以上河段称南八丈河，刘湾庙以下河段称谷河，古城特大桥在DK145+726.00处小角度跨越茨谷河，采用5×50m钢-混凝土连续结合梁跨越。

钢梁与混凝土桥面板结合而成的组合钢箱梁因其抗扭能力强、整体性好及更能适应大跨与特殊要求的特点，获得了较大发展［1-4］。

德国海德明登跨越维拉河谷（80+2×96+80+64）m公路桥、（44.7+64+72.8+72.8+64+ 44.7）m伍珀河谷高速公路大桥均采用组合钢箱梁［5］。

组合钢箱梁国外主要应用在公路上，我国近年来在铁路上的应用取得了许多成果，2003年建成的秦沈客专修建了14座钢-混凝土连续结合梁，2004年建成通车的津滨轻轨采用1孔跨度50m简支钢-混凝土结合梁［6-7］。

但应用于时速350km高速铁路无砟轨道，商合杭高铁跨越茨谷河5×50m钢-混凝土连续结合梁为我国首次。

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能-最新年精选文档

钢砼组合结构PBH剪力键的疲劳性能组合结构；剪力键；疲劳试验；疲劳寿命：PBH test model is designed and 240000 times fatigue tests were conducted to investigate the steel boxconcrete composite structure of PBH shear connector under repeated load fatigue performance. The fatigue failure pattern and test data are analysed. Take advantage of the finite element software to analysis the floor opening aperture，wear into the steel bar diameter， concrete strength influence of the PBH fatigue. Results showed that the PBH’s fatigue failure pattern is similar to static， which is concrete surface appear oblique splitting cracks，concrete tenor crushed， through the steel yield. Fatigue damage can be divided into beginning and development and damage three stages， the development stage accounted for 917% of the whole fatigue stage， structural stiffness in the beginning and development stages degradation slower，fast during the damage stage. Three parameters are of great influence on the fatigue life of PBH， among them through the bar diameter’s influence particularly prominent.Keywords：steelconcrete composite structure；PBH shear connector；fatigue test；fatigue lifetime近年用日益广泛的钢混组合结构将两种材料的优势性能结合起来，突破混凝土和钢结构单独使用的局限，具有自重小、强度大、抗震性能强、截面设计灵活的优点，耐火性、耐久性、整体性相对于传统结构均有很大提高。

钢混组合梁荷载试验分析研究

钢混组合梁荷载试验分析研究摘要：钢混组合梁是现今公路工程桥梁常采用的结构形式，施工方便，跨越能力大的条件，许多大跨径桥梁都采用钢混组合梁。

为了对其使用性能和效果有更深入的理解和认识，需要荷载试验来完成。

本文以某高速钢混组合梁桥为依托，根据荷载试验数据和理论数据作对比，对桥梁结构状态进行安全评估；并为同类桥梁的设计理论和施工技术的完善提供依据。

考察桥梁结构在正常使用荷载作用下的实际工作状态，为桥梁运营、养护和管理提供技术依据。

关键词:钢混组合梁；荷载试验；评估；养护1 概述全桥左幅共3联:（3×40+30）+60+30，右幅共3联:（2×40+2×30）+60+30；上部结构第2联采用钢砼叠合梁，其余联采用预应力砼（后张）简支T 梁，桥面连续。

钢混叠合梁高度h为3.0m，宽度为12.6m，腹板厚度为14mm，底板厚度为26mm、30mm和34mm，上翼缘板厚度为22mm、26mm和30mm。

底板纵向加劲肋宽度为216mm，厚度为18mm，腹板水平加劲肋宽度为140mm，厚度为12mm，腹板竖向加劲肋宽度为180mm，厚度为16mm。

下部结构0号桥台采用肋板台，6号桥台采用柱式台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础。

其断面图详见图 1所示。

图1标准断面图（单位：cm）2 静载试验内容及方法桥梁静载试验的主要检测内容为测定试验荷载作用下桥梁主要控制截面应力和变形，以便确定桥梁的真实受力状态、使用性能、安全度，最终对试验结构的可靠性及是否满足有关公路桥梁规范及设计要求做出评价。

通过测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制截面的应力以及结构变形，从而确定桥梁结构实际工作状态与设计期望值是否相符，是检验桥梁性能（如结构的强度、刚度）、工作状态、验证设计理论、检验施工质量最直接最有效的办法。

2.1 静载测试工况根据桥型结构特点，同时结合现场测试条件，按照测试工作高效、准确、有效的原则，本次桥梁静载试验设置2个工况。

组合结构设计原理第2版第6章钢-混凝土组合梁

钢与混凝土组合结构设计原理
第六章钢-混凝土组合梁
主讲人
目录
content
6.1 钢－混凝土组合梁的概念和特点 6.2 组合梁的构造要求 6.3 组合梁的设计方法 6.4 简支组合梁的弹性设计方法 6.5 简支组合梁的塑性设计方法 6.6 组合梁的纵向抗剪计算 6.7 组合梁抗剪连接件的计算 66.8 组合梁的变形计算 6.9 连续组合梁设计方法本章小结
由混凝土板和钢梁组成的楼盖中，如果在两者交界面处没有连接构造措施，在弯矩作用下，混凝土板截面和钢梁截面的弯曲变形相互独立，各自有其中和轴。如果忽略交界面处的摩擦力，两者之间必定发生相对水平滑移错动，因此其受弯承载力为混凝土板受弯承载力和钢梁受弯承载力之和，这种梁称为非组合梁（图6-1）。
（a）交界面的滑移错动
（a）交界面的滑移错动
（b）交界面应力
应变
弹性应力塑性应力
（c）截面应力、应变分布示意图
图6-2 组合梁受力情况及截面应力、应变分布示意图
剪应力
当钢梁与混凝土板间设置的抗剪连接件数量较少，受剪承载力不足时，梁在弯矩作用下的受力状态介于非组合梁和组合梁之间，混凝土翼板和钢梁上翼缘交界面处产生一定的相互滑移，这种梁称为部分抗剪连接组合梁。相应设置了足够数量抗剪连接件的组合梁也称为完全抗剪连接组合梁。部分抗剪连接组合梁的受弯承载力和刚度介于非组合梁和完全抗剪连接组合梁之间。一般用于跨度不超过20m，以承受静力荷载为主、且没有太大集中荷载的等截面组合梁。在满足设计要求的情况下，采用部分抗剪连接也可以获得较好的经济效益。
6.1 钢－混凝土组合梁的概念和特点
6.1.1 钢－混凝土组合梁的概念
组合梁有两类：一种是将钢筋混凝土板锚固在钢梁上形成的组合梁（Composite Beam）；另一种是将型钢或焊接钢骨架埋入钢筋混凝土梁而形成的组合梁，又称为型钢混凝土梁（Steel Reinforced Concrete Beam，或 Concrete Encased Steel Beam）。本章介绍的组合梁是指第一种钢－混凝土组合梁。

钢-UHPC组合梁桥应用实例研究

钢-UHPC组合梁桥应用实例研究摘要：UHPC作为一种力学性能优异的高强度材料，具有超高的抗压强度和抗疲劳特性，现已被广泛应用于桥梁工程领域。

本文以某一人行天桥工程为例，利用MIDAS/CIVIL有限元计算软件进行空间有限元模拟，分析钢-UHPC组合梁桥在荷载组合效应下，主梁的变形、内力、应力、结构基频等特性。

关键词：城市桥梁；钢-UHPC组合梁桥；有限元；设计作者简介：刘洋（1989-），男，湖南，工程师，主要从事桥梁勘察设计工作。

Email:****************，手机:152****64091 项目背景本文研究的项目为湖南工商大学过街天桥。

新建桥梁上跨桐梓坡路，桐梓坡路近期道路宽度33m，远期规划道路宽度46m，同时道路中线下约14.5m为地铁6号线区间段，桥梁无法落墩，故经多次方案研究论证，桥梁采用单跨1-50m桥宽32m的简支结构。

图1 桥梁立面信息图常规预应力砼简支梁经济跨径一般不大于40m，超过40m的单跨桥梁难以满足规范要求，易产生压应力超限压溃，宜采用跨越能力更强的钢混组合梁或钢箱梁结构。

常规1-50m跨径，钢混组合梁梁高一般采用2.5m；钢箱梁一般采用2.2m。

根据校区桥台两处地面标高以及桐梓坡道路标高，在桥下净空大于等于5.5m的情况下，新建桥梁仅能设置1.8m梁高。

对于钢混组合梁，梁高的减少压缩了钢梁刚度，根据刚度分配到桥面板的弯矩将大大增加，常规混凝土材料难以满足压应力的要求。

综合对比，钢-UHPC组合梁桥采用UHPC华夫桥面板，不仅可以大大减轻桥梁结构自重，增大桥梁的跨越能力[1]，而且UHPC桥面板方案总造价相对于C50桥面板方案仅高出约31.2万元，综合整体景观效果，及经济性比较，工商大学过街天桥采用钢-UHPC组合梁方案。

2 桥梁总体设计桥梁全长59.0m，跨径为1-50.0m，总宽32m，按双幅桥布置，单幅桥宽13m，两幅桥之间保留6m宽采光区。

桥梁上部结构采用梁高1.8m简支钢-UHPC组合梁桥，其中主梁采用高1.6m槽型截面；UHPC桥面板厚10cm，钢砼结合处承托厚20cm[2]。

钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展

㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现双碳战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的强柱弱梁,梁耗能为主向超罕遇地震时的梁柱共同耗能推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现双碳战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋强柱构造和加劲肋强梁构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋强柱构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。

钢-混凝土组合概述

体系的基本构成
• 钢—钢筋混凝土组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框—撑结构体系。 • 钢管砼柱是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼，形成两种材料相辅相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点，一般每三层为一个制作安装单元，整根钢管柱一次吊装就位，为主体结构安装创造了流水作业的条件。 • 钢骨砼梁是在钢梁周围配置钢筋，浇注砼后使钢骨与砼成为一体共同工作的组合结构构件。由于钢骨的存在使得构件延性得到很大改善，其变形能力强，抗震性能好，承载力高。混凝土对钢骨的包裹解决了钢结构的防腐、防火问题。施工时钢梁骨架有较大的承载力，可大大节省模板工作量。 • 抗侧力支撑是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架体。考虑建筑专业的门窗布置，在不影响建筑功能的前提下，支撑可以采用X型、单斜杆型、人字型、W型等形式，还可采用偏心耗能支撑。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙，不仅减轻了结构自重，而且提高了结构延性，对于优化抗侧刚度，改善抗震性能起到了积极抗震的作用。
1.4钢管混凝土
• 钢管混凝土结构是在型钢混凝土结构、配螺旋箍混凝土结构以及钢管结构的基础上发展起来的。钢管混凝土是将普通混凝土填入薄壁圆型钢管内而形成的组合结构。按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土可借助于内填混凝土增强钢管壁的稳定性；借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用，而使混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。 • 钢管混凝土结构由于其受力性能及结构特点使其具有以下的优点： • 1)受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高；

某3x30m钢板组合梁桥计算分析

钢板组合梁桥具有传统混凝土 T梁桥所不具有
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钢腹板可以在工厂中进行预制然后直接运送至施工现场进行拼装，大大提高了施工的效率，同时也不会对交通造成太大的影响，通常可以在夜间车辆较少的时间段进行拼装从而不影响白天车辆的通行，因此在城市的改扩建项目中应用较多。钢板组合梁结构能够充分发挥钢和混凝土两种材料的优势：钢材抗拉强度高、延性好；混凝土结构抗压强度高、刚度大。钢板组合梁与钢梁相比可以节省约 25%~33%的钢材，可增加约 25%~33%的结构刚度；与钢筋混凝土梁相比可以降低约 25%~33%的梁高，减轻 40%~60%的自重，同时缩短施工周期[4-7]。
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（安徽省路港工程有限责任公司，安徽合肥 230022）
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, -钢板组合梁桥是一种新兴的钢混组合结构桥梁，其结
构形式为顶板为混凝土结构，下部为工字钢。在混凝土顶板发
生徐变、收缩时，钢腹板可自由伸缩。文章以某工字钢五
车辆荷载作用下，梁的正弯矩在跨中处最大为 7678.13kN·m，无负弯矩；车辆荷载作用下的剪力最大值为 1154.94kN，位于右支座处；最大的挠度为 2.252cm，位于跨中处。
3.2.1承载能力极限状态下的作用效应组合公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，采用
基本组合和偶然组合两种作用效应组合，本文采用基本组合。基本组合是两种设计值的组合，分别是永久作用设计值和可变作用设计值。基本组合为 1.2×梁体自重 +1.2× 二期恒载 +1.0× 收缩 +1.0× 徐变 +1.4×移动荷载 +1.4×温度梯度升温的效应组合值。

钢筋混凝土T型梁桥U型粘钢加固静力特性分析

增强桥梁的承载能力。．
Ｔ长Ｌ梁的范围内粘贴钢底板Ａ，并在梁端各设置３抗道剪ｕ型箍Ａ，如图４（）ｂ。（）ｃ型加固形式适用于芯样抗压强度＜０ａ３２ＭＰ，
肋板跨中Ｌ２围内裂缝多，混凝土浇注质量差的Ｔ梁。／范在跨中１２的范围内粘贴钢底板Ｂ，其它范围内粘贴钢／Ｌ
底板Ａ。跨中１２范围内的横隔板两侧各设１ｕ型箍／Ｌ道
３２加固设计类型－
主梁的加固类型有Ａ型、Ｂ型、ｃ型、Ｄ型、Ｅ型五
ｃ，并在梁端各设置３道抗剪ｕ型箍Ａ，如图４（）ｃ。
（）Ｄ型加固形式适用于仅梁湍裂缝较多，腹板局４
４％之间，极限承载力提高了１．２１９％。关键词钢筋ｆ￣：Ｔ型粱桥ｋＵ型粘钢加固挠度应变极限承栽力
１概述粘钢法加固梁是针对钢筋混凝土梁的一种有效补强
２桥梁概况
泉州市洪濑镇洪濑大桥为混凝土Ｔ梁桥，先简支后桥面板连续桥梁，见图ｌ图２和。该桥全长３４４０．ｍ，跨径
组成为１Ｘ０（０３２ｍ＋ｘ０４２ｍ＋ｘ０５２ｍ２ｍ＋￣０４２ｍ＋ｘ０２２ｍ＋
措施。可同时提高桥梁的强度和刚度。近年来，粘钢加
固方法被广泛应用于钢筋混凝土桥梁加固㈤）在混凝土。
或预应力混凝土桥梁结构中，裂缝往往延伸至腹板，在维修加固时需要提高梁的整体性和耐久性，可以考虑同时对梁底和梁侧进行粘钢加固（粘钢加固））粘钢ｕ型。

探究钢－混凝土组合箱梁桥的荷载试验

Value Engineering0引言近年来钢-混凝土组合结构作为全新的结构形式，在高速公路建设中被广泛应用，这种结构不仅能够充分发挥钢材和混凝土材料的各自特性，而且施工快捷、方便，从而受到工程界的青睐。

我国在该领域的研究较晚，但随着现代工程技术的发展，预应力钢-混凝土组合结构在桥梁领域的应用越来越多，如何对钢-混凝土组合箱梁桥的承载能力进行评价还存在许多亟待解决的问题。

目前，国内外学者对预应力钢-混凝土新型组合梁桥的研究相对较少，理论体系还不完善，国内现行规范也没有相应的条款对该类型桥梁如何进行荷载能力评价有详细介绍[1]。

文章以某一新建钢-混凝土组合箱梁桥为例，参考现行相关规范详细介绍了该类桥型的静、动载试验，并对其承载能力及工作性能进行了评价，对确保该桥的正常使用、完善该类桥型荷载试验具有重要的现实意义。

1桥梁概况某分离式立交桥为绕城公路上的一座桥梁，主跨采用40+55+40m 钢-混组合梁，桥下净高不小于7.2m 。

桥梁左幅共六联：4×30+4×30+（40+55+40）+（23+2×30）+4×30+3×30m ，右幅共七联：3×30+3×30+（23+2×30）+（40+55+40）+3×30+3×30+3×30m ；桥长675m 。

该桥上部构造左幅第三联、右幅第四联采用钢-混组合梁，其余联采用钢-混组合工字钢梁，交角90°。

钢-混组合梁横向3片箱梁，箱梁底宽3.5m ，箱梁间净距2.0m ，悬臂1.0m ，梁高2.2m 。

下部结构桥墩采用柱式墩、桩基础，桥台采用肋板台、桩基础。

桥梁设计荷载：公路—Ⅰ级。

桥面宽度：2×（0.5m 墙式护栏+15.5m 行车道+0.5m 墙式护栏）+1.5m 间距；两幅全宽34.5m 。

2有限元计算模型一般来说对任何类别的结构进行截面设计都要满足两类极限状态的要求[2，3]。

钢桥、组合梁桥-midas操作例题资料-钢混组合梁

钢桥、组合梁桥-midas操作例题资料-钢混组合梁Civil＆Civil Designer⼆、钢混组合梁操作例题资料1⼯程概况本桥为某⾼速路联络线匝道桥中的⼀联，桥宽6m。

上部结构采⽤38+33.5+37.5m钢混组合连续梁，下部结构桥墩为柱式。

主梁为单箱单室，梁⾼3.5m，预制⾼3.1m，钢箱底板厚50mm，上翼缘板厚50mm，腹板厚20mm，布置加劲肋。

钢材均采⽤Q345，分4段预制后现场采⽤⾼强螺栓拼接。

钢箱顶部混凝⼟桥⾯板厚0.2m，承托⾼0.2m，抗剪界⾯为c-c，采⽤C50混凝⼟现浇；横隔板等设置距离详见图2所⽰。

图1.1-1 钢箱梁构造图（⼀）钢混组合梁操作例题资料图1.1-2 钢箱梁构造图（⼆）2 建模步骤2.1定义材料特性>材料特性值>材料图2.1-1 材料定义图2.1-2 材料数据《公路钢混组合桥梁设计与施⼯规范》（JTG/T D64-01-2015）桥梁设计，需要定义组合材料，选择规范“JTG D64-2015(S)”。

2.2定义截⾯特性>截⾯特性值>组合梁截⾯组合梁截⾯⽀持“钢-箱型（Type1）”、“钢-I 型（Type1）、“钢-槽型（Type1）” 、“钢-箱型（Type2）、“钢-I 型（Type2）、“钢-槽型（Type2），共六种。

截⾯中可任意设置纵向加劲肋，⽀持“平板”、“T 形”、“U 肋”三种类型，截⾯特性值考虑了纵向加劲肋的影响。

图2.2-1 截⾯数据按照界⾯内辅助⽰意图，输⼊混凝⼟板和钢箱梁各段距离，顶底板、腹板厚度等。

输⼊Es/Ec（钢与混凝⼟弹性模量之⽐）、Ds/Dc（钢与混凝⼟容重之⽐）、Ps（钢梁泊松⽐）、Pc（混凝⼟板泊松⽐）、Ts/Tc（钢与混凝⼟线膨胀系数之⽐）。

点击“截⾯加劲肋”，进⾏加劲肋设置。

点击“定义加劲肋”，定义加劲肋尺⼨，设置加劲肋布置位置及间距。

图2.2-2 加劲肋布置数据图2.2-3加劲肋截⾯数据2.3 建⽴结构模型导⼊DXF⽂件：Civil图标>导⼊>AutoCAD DXF⽂件曲线桥梁可以通过导⼊CAD线形的⽅法建⽴单元节点。

钢与混凝土组合结构综述

科技综述钢与混凝土组合结构综述Ξ潘继文　马山积摘要:本文介绍了钢与混凝土组合结构的连接,并分别介绍了压型钢板与混凝土组合板、钢与混凝土组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构各自的特性和构造要求,可供设计和研究人员参考。

关键词:压型钢板　钢与混凝土板组合梁　型钢混凝土结构　钢管混凝土结构1　概述组合结构(C om posite structures)有时称作混合结构(Mixed structures),两者又统称为复合结构(Hybrid structures)。

组合结构的定义有不同的描述,在土木工程范围内组合结构应该是由两种或两种以上结构材料组成,并且材料之间能以某种方式有效传递内力,以整体的形式产生抗力的结构。

这里不包括虽由两种或两种以上结构材料组成,但却是各自单独发挥作用、简单叠加、单独承受荷载的结构。

《钢与混凝土组合结构》主要叙述钢与混凝土组合而成的组合结构,不包括一般钢筋混凝土结构。

50多年来组合结构的研究与应用得到迅速发展,至今已成为一种公认的新的结构体系。

其与传统的四大结构,既钢结构、木结构、砌体结构和钢筋混凝土结构并列,并扩展成为五大结构。

在土木工程中采用的组合结构主要有:压型钢板与混凝土组合板、钢与混凝土板组合在一起的组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和外包钢混凝土结构等五大类。

组合结构充分发挥了钢材与混凝土各自的自身特点和优势,取长补短,组合结构在强度、刚度和延性等方面都比一般的钢筋混凝土结构要好,同时还方便施工,因此组合结构具有广阔的发展前景。

2　剪切连接组合结构是由两种材料共同工作,两种不同性能的材料组合成一体,发挥各自的长处,其关键在于“组合”。

只有将两种不同性能的材料组合成一体才能显示其优越性。

这种组合作用,主要是依靠两种不同材料之间的可靠连接。

连接必须能有效的传递混凝土与钢材之间的剪力,同时能有效抵抗使两者分离的“掀起力”,—1—Ξ作者简介:潘继文,男,中机工程(西安)第二建筑设计咨询有限公司,高级工程师。

钢-混凝土组合结构抗震性能研究综述

钢—混凝土组合结构抗震性能研究综述摘要：通过对钢-混凝土组合框架结构体系的简要介绍以及其抗震性能的研究，提出一些加强钢—混凝土组合结构抗震性能的建议。

关键词：组合结构，框架结构，抗震性能Abstract: By introducing the steel concrete composite frame structural and discussing its behavior of anti-seismic, then giving some advises about improving the behavior of anti-seismic of the steel concrete composite structural.Key words: composite structral , frame structural, anti-seismic0. 引言随着我国经济的快速发展，各种新的结构形式不断涌现。

其中钢-混凝土组合结构越来越受到大家的重视，由于组合结构具有许多突出的优点，高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建，各种型式组合结构逐渐被广泛应用。

组合结构已经和钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。

组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。

在国外，钢—混凝土组合结构最初大量应用于土木工程旨在二次世界大战结束后，当时的欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁，工程师们采用了大量的钢—混凝土组合结构，加快了重建的速度，完成了大量的道路桥梁和房屋的重建工程。

1968 年日本十胜冲地震以后，发现采用钢—混凝土组合结构修建的房屋，其抗震性能良好，于是钢—混凝土组合结构在日本的高层与超高层中得到迅速发展。

60 年代以后世界上许多国家（包括英、美、日、苏、法、德）根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。

1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会（CES、欧洲钢结构协会（ECCS、国际预应力联合会（FIP）和国际桥梁及结构工程协会（IABSE组成的组合结构委员会，多次组织了国际性的组合结构学术讨论会，并于1981 年正式颁布了《组合结构》规范。