文献综述-冷弯薄壁型钢组合构件

冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件应用现状

摘要：钢结构的应用越来越广泛，其中冷弯薄壁型钢-混凝土组合结构是轻钢结构的一个新的研究方向。本文介绍了冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件的材料和基本构件形式，总结了国内外冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件的研究成果，分析了型钢-混凝土组合构件的作用特点，探讨了当前冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件应用现状。最后，展望了冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件应用的广阔前景。

关键词：冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件研究应用

前言

冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件是一种近年来在工程中应用的新型组合构件形式，主要有薄壁型钢构件和混凝土组合而成。其常见的应用形式是由冷弯薄壁型钢及其拼接而成的构件与混凝土组合而形成的梁、柱和节点等。混凝土抗压强度较高而抗拉强度很低，即使是钢筋混凝土板受拉后也很容易开裂，宜用于受压状态；钢材的抗拉、抗压强度都很高，钢结构构件截面一般较小而且常采用宽而薄的板材，受压时易屈曲，因此钢构件的设计必须考虑稳定问题。把两种材料组合起来则可以避免各自的缺点，充分发挥两种材料的优势，形成强度高、刚度大、延性好的构件1。与混凝土结构相比，它可以减少自重，减轻地震作用，同时构件的截面尺寸变小，有效使用空间增大，降低造价；与钢结构相比，可以减少用钢量，增加刚度，增加稳定性和整体性。近年来，组合构件在我国的应用实践表明，它不仅能够很好的满足结构的功能要求，还具备良好的技术经济效益，加之目前钢材价格较低，组合构件将会有更加广阔的发展前景。

1冷弯薄壁型钢-混凝土组合构件的结构特点

科学技术的发展,推动着建筑行业和建筑材料不断地进行革命。钢结构作为一种结构形式，从1889年至今一个多世纪的时间里,在世界各国的工业建设中得到广泛的应用。由于钢结构的结构形式日趋广泛，其设计理论、机制工艺亦日趋完善，作为一种被誉为高效、经济型材—冷弯型钢已受到国内外工程界的普遍关注，它在建筑行业尤其轻钢房屋的建设中应用已日益广泛。冷弯薄壁型钢一般是

在常温条件下由小于6mm厚的镀锌钢板或普通钢板经冷压或冷弯加工制成的各种截面形状的型材，其基本形式有C形、Z形和方管、矩形管、圆管，并可能形成各种折皱和卷边，截面转角部分在冷加工过程中强度会得以提高，截面承载力也会提高。冷弯薄壁型钢结构构件的壁厚不宜大于6mm，也不宜小于1.5mm（压型钢板除外）。国外规范规定的冷弯薄壁型钢厚度要小于3mm，而国内规范定义的冷弯薄壁型钢厚度一般小于6mm。冷弯型钢与一般的热轧型钢的主要区别有: （1）在室温下弯曲成型，截面弯角部分由于钢材的冷弯效应即强度提高、塑性下降，其强度高于平板部分。冷弯效应现象是由于塑性变形引起的应变硬化和应变时效形成的。冷弯薄壁型钢与同等面积的热轧型钢相比回转半径可增大50%以上,其惯性矩可增大50%-180%左右2，在同等负荷下，相对热轧型钢一般可节约钢材10%-25%左右。冷弯型钢的自重轻，在完成相同功能的前提下，质量只有混凝土结构的1/8-1/10，是普通钢结构的1/2-1/33。一般情况下，如利用冷弯效应提高后的强度进行设计则可节省约10％－15％的钢材，如不计冷弯效应仍按原材料强度设计，则相当于提高了冷弯型钢的安全储备。

（2）冷弯型钢壁厚较薄，截面板件宽厚比大容易出现局部屈曲，设计中通常采用有效宽度设计方法利用其屈曲后的强度。板件的稳定问题历来是建筑刚结构设计中的核心问题，普通碳素钢结构设计中通过板件宽厚比限值等方法限制板件出现局部屈曲。而冷弯型钢结构却允许发生局部屈曲，因为板件局部屈曲并不意味着板件的破坏。由于其存在薄膜效应，可以继续承受外荷载，这就是板件的超屈曲，超屈曲的利用扩大了冷弯型钢的使用范围。

（3）截面成型灵活，规格多达千余种，截面材料分布合理，截面特性系数如惯性及抵抗矩相对较高。由于冷弯型钢主要用于优化截面形状而不是增加材料用量来提高构件的承载能力，因此冷弯型钢也被称为高效型材。冷弯型钢被广泛应用于建筑、交通运输、汽车及拖拉机制造、机械制造、造船、电力等行业。建筑业应是冷弯型钢最主要的用户。

（4）结构整体性好，安全可靠，抗震性能好。冷弯型钢房屋的屋架、墙板、基础牢固的连成一体，此类结构房屋，特别是在墙板附有OSB板、石膏板或波形板时，应考虑较强的蒙皮效应，使得构件的实际受力、变形均比平面体系设计的减

小10%～15%左右4，可作为房屋的安全储备。由于冷弯型钢的自重轻，设计中地震作用基本不起控制。

(5）冷弯型钢构件的残余应力、连接方式与热轧型钢不同。冷弯型钢的残余应力是由于常温弯折形成的，而热轧型钢主要是由于冷却不均匀引起收缩变形的不均匀而产生的残余应力，二者的分布和影响均不相同5。热轧型钢构件主要通过焊接和螺栓连接，而冷弯型钢构件，因薄板焊接技术要求高，且损坏涂锌层，焊接形式有喇叭焊和电阻点焊等，且应用较少。涂锌冷弯薄壁型钢，主要采用自攻自钻螺钉、铆钉等连接方法，冷弯型钢压型钢板之间还采用无连接件机械式连接(如咬合、扣合式连接等)。

（6)腐蚀破坏途径与普钢不同。镀铝锌板表面镀层较钢铁活跃，镀铝锌板与铁直接接触，一旦遇到潮湿天气或铁有部分浸入水中时，就会发生局部锌层被腐蚀(发生吸氧腐蚀时，因为锌较铁为活泼元素，锌层被氧化而保留外部接触的铁)，而引起构件破坏，更有甚者可能会导致建筑物整体的破坏。在建筑施工完成后，应及时清扫板材表面，防止铁钉等的残留。

由于冷弯型钢的厚度较薄，因而在其截面承载力设计时局部屈曲成主要控制因素。此外，通常因其抗扭刚度小，以致柱常发生弯扭屈曲，梁则发生侧扭屈曲。所以利用冷弯型钢与钢筋混凝土形成组合梁、板、柱的冷弯型钢-混凝土组合结构可以解决工程中局部屈曲的问题，这也是冷弯型钢混凝土组合构件一个新的研究方向。

2.冷弯型钢-混凝土组合构件的研究

冷弯型钢-混凝土组合构件的问世及应用，开拓了主要借助优化截面形状而不单纯依赖增加材料用量及改善材料性能来提高材料利用率的新途径，这对于节约能源和资源具有十分重要的意义，特别是对于像我国这样一个发展中的国家而言，重视冷弯型钢-混凝土组合这种高效经济结构的开发和推广应用尤为重要。冷成型钢用于低层建筑和住宅钢框架日益增多。国外众多组织和钢结构公司持续不断地进行了广泛研究和实践工作。除了研究各种结构构件的承载能力，最近的研究课题主要集中在如下6：（1）连接方法：空压钻钉连接件在剪力和风吸力组合作