组合梁设计

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钢-混凝土组合梁的主要缺陷是钢材易于锈蚀及防火性能不如钢筋混凝 土。解决钢材锈蚀问题：①采用低合金钢材，这种钢材表面锈蚀后可形 成保护层，阻断锈蚀继续向内部发展；②采用高质量的防锈蚀油漆。
三、钢梁的截面形式
组合梁中钢梁的截面形式多样，如图所示。
组合梁中钢梁A的截面形式
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➢ 工字钢梁——在跨度小、荷载轻的组合梁中，一般采用小型工字钢；荷 载较大时，可在工字钢下翼缘加焊一块钢板条，形成不对称工字形截面； 跨度大时，也可采用焊接成型的不对称工字钢。工字钢可通过抗剪连接 件与混凝土板组合，也可将上翼缘埋入混凝土板中，此时不需设抗剪连 接件。
a.三块钢板；
b. T字钢与钢板；
c.二个大小不同T字钢对接。
混凝土板可以是普通钢筋混凝土板，也可以是轻骨料混凝土、预 应力混凝土及压型钢板与混凝土组合板。
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钢筋混凝土板与钢梁连接处，一般设置板托。板托一般有如下作用： （1）扩大梁与板的承压面积，防止混凝土板局部承压破坏； （2）提高了板在支承处（梁）的截面高度，因而提高了板的抗冲切能力； （3)使组合梁的截面高度增大，因此承载能力与刚度大大提高。
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非组合梁截面应力
组合梁截面应力
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二、组合梁的优点
当楼层采用钢筋混凝土板和钢梁时，宜按钢-混凝土组合梁结构设计。
钢-混凝土组合梁是指通过抗剪连接件将钢梁和混凝土板连成整体的横向
承重构件。
（1）组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，充分发挥材料特性， 承载力高。承载力相同时，比非组合梁节约钢材达15%-25%。 （2）混凝土板参加梁的工作，梁的刚度增大。刚度要求相同时，采用组 合梁可比非组合梁减小截面高度26%-30%。组合梁用于高层建筑，不 仅降低楼层结构高度，且显著减轻对地基的荷载。 （3）组合梁的翼缘板较宽大，提高了钢梁的侧向刚度，提高了稳定性。 改善了钢梁受压区的受力状态，增强抗疲劳性能。 （4）可以利用钢梁的刚度和承载力承担悬挂模板、混凝土板及施工荷载， 无需设置支撑，加快施工速度。 （5）抗震性能好。 （6）在钢梁上便于焊接托架或牛腿，供支撑室内管线用，不需埋设预埋 件。
因此在可能情况下应尽量设置板托，如图所示。
有板托的组合梁
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如前述组合梁的组合作用主要是依靠剪切连接件，根据剪力件的配置多少 分两类：
（1）完全剪切连接：即在极限弯矩作用下所产生的纵向剪力，完全由所配 剪力件承担。
（2）部分剪切连接：剪力件所承担的总剪力小于极限弯矩下产生的纵向剪 力。
部分剪切连接组合梁适用于下列三种情况： （1）组合梁上各截面的弯矩达不到其极限弯矩的情况。组合梁的截面高度 与钢梁的板件厚度不取决于截面所需的抗弯强度，而是主要取决于截面刚度 或板件的局部稳定。 （2）组合梁中最大正弯矩截面达到受弯承载能力时，达不到极限弯矩的某 些区段。 （3）当剪切连接件的设置受构造等原因，不能按完全剪切连接设计时。
对于一般使用钢梁混凝土板的结构中，混凝土板只是作为楼面、屋面、平 台板或桥面。对钢梁来说混凝土板只是其荷载（图）。如果使两者结合在 一起，混凝土板与钢梁共同工作，则混凝土板可作为梁的翼缘而成为梁的 一部分，发挥比钢梁更大的作用，无论强度和刚度都大大提高了（图） 。
两者的组合作用是靠焊在钢梁上，浇筑在混凝土板中的剪切连接件来实 现的。剪切连接件的种类与计算如第一章所述。
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3.截面的应变
组合梁正截面受力的实测应变分布。可以看出，在钢梁下翼缘达到屈服应 变以前，截面应变分布基本上符合平截面假定。
4.纵向水平滑移
实测混凝土翼缘板相对于钢梁的纵向水平滑移。表明，在钢梁的下翼缘屈 服以前，钢梁与混凝土翼缘板之间的相对滑移较小，试验表明，连接件的 水平滑移对组合梁极限承载力的影响很小，计算承载力时可以忽略，但对 变形的影响则不能忽略。而且纵向剪力在各连接件中产生重分布，使各连 接件承爱的剪力超于均匀。
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5.掀起变形 实测混凝土翼缘板沿梁长的掀起变形。在跨中加载点附近， 掀起值很小；由跨中向支座延伸，掀起值不断增大，约距支 座处l0/10 处（l0为计算跨度）为最大。
➢ 桁架梁和蜂窝式梁适用于跨度较大Βιβλιοθήκη Baidu荷载较轻的多层建筑。设备管线可 穿过梁的空腹处，不需另占楼层空间。
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用槽钢制作的组合梁边梁
工字形加强A 下翼缘钢梁
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工字钢处于梁的受拉区，主要是下翼缘起受力作用，上翼缘处于 中和轴附近，不能发挥主要受力作用，而主要是起与混凝土板的连 接作用，因而往往应用上翼缘小下翼缘大的不对称工字钢。不对称 工字钢的制作一般有如下三种焊接方式（如图a.b.c）：
钢-混凝土组合结构
山东科技大学钢结构工程研究所 王来
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第三章 钢与混凝土组合梁
3.1 概述
一、组合梁概述
组合梁即在钢梁上铺设混凝土板，可用于楼盖、屋盖、也可用于工业建筑 中的操作平台，在桥梁工程的路面中同样有广泛应用。
组合梁主要用于跨度大、荷载大，或者整体承重结构为钢结构的厂房、高 层建筑或桥梁结构等。
目前部分剪切连接组合梁的计算方法仅适用于跨度不超过20米，以承受静 力荷载为主、且没有太大集中荷载的等截面梁，采用柔性连接件。
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3.2 组合梁的试验研究
1.组合梁受力的三个阶段
从开始加荷到破坏，组合梁正截面经历弹性、弹塑性和塑性三个受力 阶段。
组合梁的荷载—挠度曲线
2.组合梁的开裂
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加荷到破坏荷载90% 以上时，混凝土翼缘板相 对于钢梁发生较大的掀起 变形，连接件的水平变形 较大。若横向钢筋不足， 板顶面沿钢梁轴线附近出 现纵向裂缝（图(a)）， 削弱了混凝土与钢梁的共 同工作，此时钢梁的屈服 范围已发展到一定的高度， 受压区混凝土产生塑性变 形，挠度迅速增大，组合 梁进入塑性阶段，直到破 坏（图(b)）。
➢ 箱形钢梁——适用于公路和铁路桥梁及大跨度重载大梁。
➢ 轻钢桁架梁及普通钢桁架梁——轻钢桁架用角钢做上弦，用圆钢做下弦 及腹杆；普通钢桁架的杆件采用双角钢或单角钢。桁架上弦用抗剪连接 件与混凝土板组合，或将桁架上弦节点伸入混凝土板中与混凝土板的连 接件，以减小上弦杆型钢的截面尺寸。
➢ 蜂窝式梁——将工字钢沿腹板纵向割成锯齿形的两着，然后错开对齐焊 接凸出部分，形成腹部有六角形开孔的蜂窝式梁，不仅节省钢材，还增 大了梁的承载力和刚度。形成蜂窝状孔之后便于管线穿过。