钢混结合
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本文研究内容
•
本文通过缩尺模型试验以考察钢—混凝土接头这种压弯构件的承载力及
其力学性能。并利用ANSYS有限元软件对钢-混凝土压弯构件进行荷载—应变、
变形关系全过程计算和工作机理分析，将数值计算结果与试验结果进行对比
分析。以验证钢—混凝土接头做到能比较流畅地传递各种荷载产生的内力及
变形，避免产生应力集中和折角，确保混合结构安全、经久耐用。
•
本文将在理论分析、试验研究和有限元仿真分析的基础上对钢—混凝土
接头变形性能、应力分布和其承载力及破坏模式进行分析。
•
主要的研究内容有：
•
1、钢-混凝土结合段结构设计计算方法；
•
2、钢-混凝土结合段钢与混凝土的传力机制；
•
3、钢-混凝土结合段钢结构及混凝土应力分布及变形；
•
4、钢-混凝土结合段承载能力及破坏模式；
•
钢与混凝土结合段时一般采用以下几种方案：焊接钢筋锚固式、
PBL剪力键式、剪力钉体外预应力锚固式和外法兰盘预压式等四种设
计方案。
• 1.3.1焊接钢筋锚固式
•
焊接钢筋锚固式钢-混结合段方案多用于早期的钢管混凝土系杆
拱桥和钢箱结构中。通过在钢结构内外壁焊接粗钢筋，利用粗钢筋在
混凝土塔座中的握裹，并在连接区段设置足够的承压钢筋网和其它构
一门学科，其结构类型和适用范围涵盖了土木工程的整个领域。
•
随着钢结构与钢筋混凝土结构复合技术的发展和应用的日益广泛，出现
了多种复合方式和结构形式，为了统一名词定义、避免混淆，日本有学者对
由异种材料组成的结构做了明确定义和分类：复合结构是组合结构和混合结
构的总称。
•
组合结构是指构件截面由钢和混凝土等异种材料部件接合成整体结构而
宽12m，设计汽车荷载为公路－Ⅰ级，人群荷载3.5 kN/m2，地震动峰
值加速度为0.2g。
• 1.4.2倾斜型预压式钢-混结合段设计
•
本桥设计中采用内法兰预压式实现钢塔与混凝土塔座连接的方案。
钢架塔A段与塔座间采用施加高强螺栓预压力和设置钢混连接段的模 式进行。连接时，首先进行刚架塔A段与塔座预埋钢板的连接，采用
第一章 绪论
• 1.1钢—混凝土复合结构
• 1.1.1复合结构分类
•
钢-混凝土复合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展而来的一种
新型结构，它是由不同材料结合成整体结构而共同工作，并能获得比单一材
料结构更佳的特性的结构。经过数十年的研究和实践，钢—混凝土复合结构
已经发展成为既区别于传统的钢筋混凝土结构和钢结构，又与之密切相关的
造钢筋，实现混凝土与钢箱的可靠连接，同时将部分段落的钢构件埋 置于混凝土塔座中。
• 1.3.2 PBL剪力键式
•
南京长江三桥钢塔与混凝土桥墩的连接方案，在国内率先引入主
要承压构件使用PBL剪力键的模式，在进行钢箱与混凝土锚固时，将
钢箱插入混凝土体内一段长度，插入段四边腹板和中间纵隔板开设直
径6 cm左右的圆孔，圆孔内放置直径Φ32的粗钢筋，采用特殊工艺保
•
钢-混凝土复合结构是结构工程领域近年来发展很快的一个方向。复合结构多运用
于高层建筑及大跨桥梁。钢—混凝土复合结构利用了钢材和混凝土各自的材料性能，具
有承载力高、刚度大、构建节目尺寸小、施工快速方便等优点。同钢筋混凝土结构相
比，复合结构可以减小构件截面尺寸、减轻结构自重、减小地震作用、增加有效使用
空间、降低基础造价、方便安装、缩短施工周期、增加构件和结构的延性等优点；同
例如我国的已建成的金茂大厦、深圳地王大厦、赛格广场等超高层建筑，全部或部分
采用了复合结构。同时，复合结构还非常适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等大跨径桥梁
结构体系，如重庆菜园坝长江大桥、舟山桃夭门大桥、青洲闽江大桥。工程应用实践
证明，复合结构综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点，可以用传统的施工方法和简
单的施工工艺获得优良的结构性能，技术经济效益和社会效益显著，非常适合我国现
共同工作的结构体系，如组合梁、压型钢板混凝土板、型钢混凝土、外包钢
混凝土等结构。
•
混合结构是部分采用钢构件（例如钢柱、钢梁等）、钢筋混凝土构件
（钢筋混凝土柱、钢筋混凝土梁等）、组合构件（钢骨混凝土、钢管混凝土、
组合梁）中的两种或两种以上的构件组合成整体的结构。
• 1.1.2钢—混凝土复合结构的应用
钢结构相比，具有可减小用钢量、增大刚度、增加稳定性和整体性、提高结构的抗火
性和耐久性等优点。
•
随着我国经济建设的快速发展、钢产量的大幅提高、钢材品种的增加、科研工作的
深入、应用实践经验的累积，钢—混凝土复合结构在我国也得到迅速的发展和越来越广
泛的运用，应用范围已经涉及到建筑、桥梁、高耸建筑、地下结构、结构加固等领域。
证粗钢筋位于圆孔中心，钢塔内力传递依靠混凝土与钢筋共同组成的
剪力键受剪和钢板与混凝土之间的粘结力实现。
• 1.3.3剪力钉体外预应力锚固式
•
剪力钉配合体外预应力锚固式钢混结合段处理方案是北京市路桥
工程中最常用的方案，此方案通过在钢箱端部焊接圆头焊钉，塔座预
设预应力钢束，在连接段上端设置预应力锚箱，通过张拉预应力钢束 实现钢箱与混凝土塔座的固结，并通过调整预应力张拉吨位控制钢混 结合面在任意荷载作用条件下始终处于受压状态。
阶段基本建设的国情，是具有广阔的应用前景的新型结构体系之一。
•
近年来，桥梁建设的快速发展得益于铁路和高速公路基础建设的强劲增长。钢—
混凝土复合结构类型桥梁相对于其他类型桥梁具有良好的技术特点和较高的成本效益，
不但适用于大跨径桥梁建设，而且在中小跨径桥梁建设中具有较强的竞争力。
• 1.3钢与混凝土的连接
连接螺母接长高强螺栓后，浇筑刚架塔内钢混段混凝土，最后在钢混
段顶锚固板进行接长高强螺杆的紧固。高强螺栓和螺杆均为10.9SM24
高强螺栓和螺杆，设计预紧力为225kN，均采用定扭矩扳手施工。
• 1.5研究现状及存在问题
•
随着社会的发展，科技的进步，桥梁造型变化日新月异，混合结
构不光运用于大跨径斜拉桥、梁桥和拱桥建设中。为了达到优美而独
• 1.4 研究背景
• 1.4.1桥梁概况
•
五渡桥是北京市房山区涞宝路西关上一座桥梁，跨越拒马河，位
于十渡风景区内（项目地理位置见图1.8）。项目路线设计全长550m，
起点桩号K0+000,与现况涞宝路接顺；终点桩号K0+550，与新建四渡
桥相接。涞宝路为二级公路，设计速度为40km/h，路基宽18m，路面
•
本文通过缩尺模型试验以考察钢—混凝土接头这种压弯构件的承载力及
其力学性能。并利用ANSYS有限元软件对钢-混凝土压弯构件进行荷载—应变、
变形关系全过程计算和工作机理分析，将数值计算结果与试验结果进行对比
分析。以验证钢—混凝土接头做到能比较流畅地传递各种荷载产生的内力及
变形，避免产生应力集中和折角，确保混合结构安全、经久耐用。
•
本文将在理论分析、试验研究和有限元仿真分析的基础上对钢—混凝土
接头变形性能、应力分布和其承载力及破坏模式进行分析。
•
主要的研究内容有：
•
1、钢-混凝土结合段结构设计计算方法；
•
2、钢-混凝土结合段钢与混凝土的传力机制；
•
3、钢-混凝土结合段钢结构及混凝土应力分布及变形；
•
4、钢-混凝土结合段承载能力及破坏模式；
•
钢与混凝土结合段时一般采用以下几种方案：焊接钢筋锚固式、
PBL剪力键式、剪力钉体外预应力锚固式和外法兰盘预压式等四种设
计方案。
• 1.3.1焊接钢筋锚固式
•
焊接钢筋锚固式钢-混结合段方案多用于早期的钢管混凝土系杆
拱桥和钢箱结构中。通过在钢结构内外壁焊接粗钢筋，利用粗钢筋在
混凝土塔座中的握裹，并在连接区段设置足够的承压钢筋网和其它构
一门学科，其结构类型和适用范围涵盖了土木工程的整个领域。
•
随着钢结构与钢筋混凝土结构复合技术的发展和应用的日益广泛，出现
了多种复合方式和结构形式，为了统一名词定义、避免混淆，日本有学者对
由异种材料组成的结构做了明确定义和分类：复合结构是组合结构和混合结
构的总称。
•
组合结构是指构件截面由钢和混凝土等异种材料部件接合成整体结构而
宽12m，设计汽车荷载为公路－Ⅰ级，人群荷载3.5 kN/m2，地震动峰
值加速度为0.2g。
• 1.4.2倾斜型预压式钢-混结合段设计
•
本桥设计中采用内法兰预压式实现钢塔与混凝土塔座连接的方案。
钢架塔A段与塔座间采用施加高强螺栓预压力和设置钢混连接段的模 式进行。连接时，首先进行刚架塔A段与塔座预埋钢板的连接，采用
第一章 绪论
• 1.1钢—混凝土复合结构
• 1.1.1复合结构分类
•
钢-混凝土复合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展而来的一种
新型结构，它是由不同材料结合成整体结构而共同工作，并能获得比单一材
料结构更佳的特性的结构。经过数十年的研究和实践，钢—混凝土复合结构
已经发展成为既区别于传统的钢筋混凝土结构和钢结构，又与之密切相关的
造钢筋，实现混凝土与钢箱的可靠连接，同时将部分段落的钢构件埋 置于混凝土塔座中。
• 1.3.2 PBL剪力键式
•
南京长江三桥钢塔与混凝土桥墩的连接方案，在国内率先引入主
要承压构件使用PBL剪力键的模式，在进行钢箱与混凝土锚固时，将
钢箱插入混凝土体内一段长度，插入段四边腹板和中间纵隔板开设直
径6 cm左右的圆孔，圆孔内放置直径Φ32的粗钢筋，采用特殊工艺保
•
钢-混凝土复合结构是结构工程领域近年来发展很快的一个方向。复合结构多运用
于高层建筑及大跨桥梁。钢—混凝土复合结构利用了钢材和混凝土各自的材料性能，具
有承载力高、刚度大、构建节目尺寸小、施工快速方便等优点。同钢筋混凝土结构相
比，复合结构可以减小构件截面尺寸、减轻结构自重、减小地震作用、增加有效使用
空间、降低基础造价、方便安装、缩短施工周期、增加构件和结构的延性等优点；同
例如我国的已建成的金茂大厦、深圳地王大厦、赛格广场等超高层建筑，全部或部分
采用了复合结构。同时，复合结构还非常适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等大跨径桥梁
结构体系，如重庆菜园坝长江大桥、舟山桃夭门大桥、青洲闽江大桥。工程应用实践
证明，复合结构综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点，可以用传统的施工方法和简
单的施工工艺获得优良的结构性能，技术经济效益和社会效益显著，非常适合我国现
共同工作的结构体系，如组合梁、压型钢板混凝土板、型钢混凝土、外包钢
混凝土等结构。
•
混合结构是部分采用钢构件（例如钢柱、钢梁等）、钢筋混凝土构件
（钢筋混凝土柱、钢筋混凝土梁等）、组合构件（钢骨混凝土、钢管混凝土、
组合梁）中的两种或两种以上的构件组合成整体的结构。
• 1.1.2钢—混凝土复合结构的应用
钢结构相比，具有可减小用钢量、增大刚度、增加稳定性和整体性、提高结构的抗火
性和耐久性等优点。
•
随着我国经济建设的快速发展、钢产量的大幅提高、钢材品种的增加、科研工作的
深入、应用实践经验的累积，钢—混凝土复合结构在我国也得到迅速的发展和越来越广
泛的运用，应用范围已经涉及到建筑、桥梁、高耸建筑、地下结构、结构加固等领域。
证粗钢筋位于圆孔中心，钢塔内力传递依靠混凝土与钢筋共同组成的
剪力键受剪和钢板与混凝土之间的粘结力实现。
• 1.3.3剪力钉体外预应力锚固式
•
剪力钉配合体外预应力锚固式钢混结合段处理方案是北京市路桥
工程中最常用的方案，此方案通过在钢箱端部焊接圆头焊钉，塔座预
设预应力钢束，在连接段上端设置预应力锚箱，通过张拉预应力钢束 实现钢箱与混凝土塔座的固结，并通过调整预应力张拉吨位控制钢混 结合面在任意荷载作用条件下始终处于受压状态。
阶段基本建设的国情，是具有广阔的应用前景的新型结构体系之一。
•
近年来，桥梁建设的快速发展得益于铁路和高速公路基础建设的强劲增长。钢—
混凝土复合结构类型桥梁相对于其他类型桥梁具有良好的技术特点和较高的成本效益，
不但适用于大跨径桥梁建设，而且在中小跨径桥梁建设中具有较强的竞争力。
• 1.3钢与混凝土的连接
连接螺母接长高强螺栓后，浇筑刚架塔内钢混段混凝土，最后在钢混
段顶锚固板进行接长高强螺杆的紧固。高强螺栓和螺杆均为10.9SM24
高强螺栓和螺杆，设计预紧力为225kN，均采用定扭矩扳手施工。
• 1.5研究现状及存在问题
•
随着社会的发展，科技的进步，桥梁造型变化日新月异，混合结
构不光运用于大跨径斜拉桥、梁桥和拱桥建设中。为了达到优美而独
• 1.4 研究背景
• 1.4.1桥梁概况
•
五渡桥是北京市房山区涞宝路西关上一座桥梁，跨越拒马河，位
于十渡风景区内（项目地理位置见图1.8）。项目路线设计全长550m，
起点桩号K0+000,与现况涞宝路接顺；终点桩号K0+550，与新建四渡
桥相接。涞宝路为二级公路，设计速度为40km/h，路基宽18m，路面