钢混凝土组合梁2015

钢-混凝土组合梁

2015

钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁，通常其肋部采用钢梁，翼板采用混凝土板，两者间用抗剪连接件或开孔钢板连成整体。抗剪连接件是钢梁与混凝土板共同工作的基础，它沿钢梁与混凝土板的交界面设置。两种材料按组合梁的形式结合在一起，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、延性好的结构形式。近几年，钢-混凝土组合梁在我国的应用实践表明，它不仅可以很好地满足结构的功能要求，而且还具有良好的技术经济效益。

钢-混凝土组合梁的特点

钢-混凝土组合梁可以广泛的用于建筑结构和桥梁结构等领域。对比钢梁和钢筋混凝土梁，钢-混凝土组合梁具有以下主要特点：

(1)由于混凝土板与钢梁共同工作，可以充分发挥钢材与混凝土材料各自材料特性；另外，钢-混凝土组合梁与钢板梁相比节省钢材约20％-40％，可以降低造价。

(2)增大梁的截面刚度，降低梁的截面高度和建筑高度。

(3)组合梁的混凝土受压翼板增加了梁的侧向刚度，防止了主梁在使用荷载下的扭曲失稳。

(4)降低冲击系数，抗冲击、抗疲劳和抗震性能好。

(5)可以节省施工支模工序和模板，有利于现场施工。

钢-混凝土组合梁发展

钢-混凝土组合梁结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构，其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构(组合结构)，它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的受弯构件。在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉，充分发挥钢材与混凝土的材料特性，实践表明，它兼顾钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要发展方向之一，作为组合结构体系中重要的横向承重构件的钢-混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域必将具有广阔的应用前景。其发展过程大致经历以下四个阶段：

1、20世纪20年代--30年代。萌芽阶段。

钢一混凝土组合梁的研究始于1922年，MackayMH在加拿大Domion桥梁公司进行了两根外包混凝土钢梁试验，同时英国国家物理实验室也进行了外包混凝土钢梁的试验，随后在30年代中期出现了钢梁和混凝土翼板之间的多种抗剪连接构造方法，可以看到处于萌芽阶段的研究主要集中于考虑防火需要的外包混凝土钢梁及实用连接件的研究，而未考虑两者的组合工作效应，这一阶段探索性的研究为后续钢-混凝土组合梁的蓬勃发展奠定了一定的基础。

2、20世纪40年代～60年代。发展阶段

这一阶段是组合梁发展的第二阶段，在这一阶段，许多技术先进的国家对组合梁开展了比较深入的试验研究，对组合梁的分析基本上按照弹性理论进行分析，并制定了相关的设计规范和规程，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。

3、20世纪60年代～80年代，全面研究，实用阶段

由于钢-混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究工作进一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并广泛重视，研究工作重点也由

简支梁研究转而开始了连续梁的研究，由完全剪力连接转为部分剪力连接；由考虑允许应力设计方法转为考虑极限状态设计方法；由弹性理论分析转为塑性理论分析。

4、20世纪80年代至今，深入研究，推广应用，完善规范阶段

这一阶段相继出现了预制装配式钢-混凝土组合梁、叠合板组合梁、预应力钢-混凝土组合梁、铜板夹心组合梁等多种新的结构形式。同时对组合梁在使用中所产生的问题以及新材料、新工艺的应用开展了更加细致的研究，并由线弹性向非线性，由平面向空间结构等方面进行了发展。

钢-混凝土组合梁分析与研究方法

1、分析方法

组合结构的应用和研究至今已有近百年的历史。目前分析方法可以分为解析法、半解析法以及有限元法。

（1）解析法：该法视为精确法，但计算工作量大，难以考虑滑移影响。

（2）半解析法：该法难以考虑滑移效应对结构刚度性能的折减。

（3）有限元法：组合梁更为广泛的是采用有限元分析方法，主要分为3类：1)按空问板壳单元进行完全的三维空间分析；2)按空问或者是平面梁计算；3)在普通梁单元基础上考虑滑移，以初等梁节点的6个自由度为基础．增加自由度以考虑组合梁界面滑移，按换算后的组合梁截面梁段单元计算。该方法虽然能够考虑界面滑移的影响，但是难以考虑梁结构其他的变形特征及其对组台梁性能的影响。

2、研究方法

组合的发展过程中，国内外的许多学者大多以实验为基础进行相应的理论研究，归纳起来他们的研究方法主要为以下三种：

（1）线弹性法：该法是由Newmark，Siess和Viest提出的经典的线弹性方法。它假设组合梁的三部分都处于材料的线弹性阶段。

（2）刚塑性法：与上述方法相对，Ysra和Chapman提出了刚塑分析法，该方法考虑三部分完全塑性，主要用于计算组合梁的极限承载力

（3）混合法：在工程实践中，上述两种方法都体现了应用的局限性，鉴于此，Oehlers 和Sved提出了一种“混合法”，该方法在考虑接件塑性的同时，认为组合梁中钢梁和混凝土翼板是完全弹性的。

钢-混凝土组合梁的新发展

近年来兴起的钢管（圆钢管、方钢管、矩形钢管）砼结构，因其良好的受压性能而在建筑结构的桩、柱、桥梁结构等领域得到广泛的应用，它靠钢管的套箍作用使砼处于三向受压状态而提高结构受压承载力，而钢管内存在混凝土，防止了薄壁钢管的局部失稳，使钢材的抗压强度得以充分发挥. 故而钢管砼受压构件的受压性能和承载力得以被广泛研究. 随着钢管砼受压砼结构的研究及工程应用的广泛开展，研究人员开始研究方（矩形）钢管混凝土受弯构件的受力性能及承载力. 研究表明，将混凝土填入钢管或者箱形截面中形成的钢-混凝土组合构件，具有很高的强度和延性，这是由于混凝土限制了钢管截面的局部挠曲. 同时，在钢材和砼的截面面积相同时，改变截面的高宽比，可以显著提高构件的刚度和构件的抗弯能力，但是截面屈服后，随着截面高宽比增大，构件M—￠曲线下降段在加剧. 显然，在满足构件刚度和抗弯能力前提下，采用较小宽厚比可以得到较好的屈服变形能力. 这类构件在桥梁工程中得到广泛应用，其材料费用也只是常规钢桥工程主要费用的15 % -20 %.在我国，砼箱梁桥早已应用于桥梁结构，砼箱梁桥具有良好的抗扭特性，钢箱梁同样具有混凝土箱梁的特点. 基于对上述问题的认识，近年来兴起了一类具有钢箱梁特征，又能充分发挥混凝土