钢_混凝土组合结构的研究与应用

1研究的目的和意义

钢板有很高的强度，从强度的角度可以在构件中使用很薄的钢板，但在压力作用下钢板的抗屈曲能力相对较弱，往往要使用大量的加劲肋，否则钢板强度不能充分发挥，影响钢结构的经济性。混凝土的抗压性能较好，而抗拉性能很差。组合结构是将不同的材料按最佳几何构造布置，使每种材料因所放的特定位置而发挥各自的特点。钢一混凝土组合梁和钢管混凝土结构是钢与混凝土组合工作的两个典型示例。

2钢-混凝土组合结构的研究现状

钢-混凝土组合梁的发展大致可分为以下三个发展阶段。

2.1创始阶段

组合梁大约出现于20世纪20年代，当时在钢梁外包混凝土主要是考虑防火要求，并未考虑两者的组合工作效应。随后出现了在钢梁与覆盖的混凝土之间加入各种连接件的构造方法。1926年J.Kahn获

钢-混凝土组合结构的研究与

应用

王海艳

（河北省交通规划设计院，河北石家庄050011）

摘要：钢-混凝土组合结构是由钢和混凝土两种材料组合而成的结构。由于钢材的抗拉性能较好但受压稳定性较差，混凝土的抗压性能较好而受拉性能很差，两种结构的组合可以更好地发挥各自的性能，使组合结构的承载能力更高。

关键词：组合梁；钢管混凝土；叠合梁

中图分类号：U414文献标识码：A文章编号：1002-4786（2011）10-0094-03

DOI：10.3869/j.issn.1002-4786.2011.10.033

Study and Application of Steel-Concrete Composite Structure

WANG Hai-yan

（Traffic Planning and Design Institute of Hebei Province,Shijiazhuang050011,China）

Abstract:Steel-concrete composite structure is combined by steel and concrete.The advantage of the steel is tensile strength,but its compressive stability is relatively low.Whereas concrete is strong in compression,but weak in tension.If the two substances are combined,the bearing capacity of steel-concrete composite structure is higher.

Key words:composite beam;concrete filled steel tube;superposed beam

[2]李希来，黄葆宁.青海黑土滩草地成因及治理途径[J].中国草地，1995，（4）：64-67.

[3]武愁民，汪双杰，章金钊.多年冻土地区公路上程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]Chen J D,He Z W,et al.Study on Technique for Slope Protection along Qinghai Tibet Highway[J].Jour-nal of Glacology and Geocryologym,2004,26(suppl):291-295.

[5]马玉寿，郎百宁，等.江河源头草地生态环境现状及恢复途径[J].中国草地，1999，（6）：59-61.

基金项目：西部交通建设科技项目（2007-318-220-10）

作者简介：杜小冰（1978—），女，北京人，工程师，主要从事公路交通环保与路域生态学研究。

收稿日期：2010-09-26

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 94

图3钢梁剪力键

得组合梁结构的专利权。

2.2推广应用阶段

从20世纪40年代到60年代，对组合梁有了深

入、细致、全面的研究和应用，所有技术先进的国家，如美国、英国、德国、加拿大及前苏联等国都制定了有关组合梁的设计规范或规程。最早的组合梁规范大都属于桥梁结构的，美国颁布于1944年，德国颁布于1945年。前苏联第一座组合公路桥建于

1944年，日本第一座组合公路桥建于1955年，在此阶段组合梁的设计理论也逐步完善，大致在20世纪60年代以前，基本上按弹性理论进行分析，60年代

以后逐步转为按塑性理论分析。

2.3全面发展阶段

20世纪70年代一些主要产钢国家钢结构一直处于各类结构的领先地位。从70年代开始，组合结构

的发展几乎日趋赶上钢结构，且在一定领域能代替钢结构和钢筋混凝土结构。各国高层结构中有20%采用了压型钢板组合楼盖，包括组合梁。组合梁在我国的应用起步于20世纪50年代，也是从桥梁结构开始的，对高强混凝土组合梁等展开了试验和理论分析的研究工作。工程实践表明，推广应用钢一混凝土组合梁符合我国基本建设的国情，不断进行技术创新，开发新型组合梁，仍是我国组合梁研究和发展的方向之一。

钢管混凝土的应用始于1879年英国的赛文铁路桥桥墩，当时在桥墩钢管内填充混凝土主要是为防止钢管的锈蚀并承受压力，随后钢管混凝土被用作工业厂房的结构柱。目前，圆钢管混凝土结构已在高层建筑、大跨度建筑和桥梁工程结构中得到广泛应用，并取得良好的经济效益和社会效益，方形、矩形钢管混凝土结构的研究和应用也逐渐受到重视，我国典型的钢管混凝土拱桥———菜园坝大桥如图1所示。

3各种形式组合梁优缺点的比较3.1钢-混凝土叠合梁

由外露的钢梁与混凝土桥面板形成的组合结构，通过在混凝土板和钢梁接触面间设置剪力键来抵抗混凝土和钢梁接触面处的滑移以保证两种材料能协同工作，共同受力，共同变形。叠合梁截面如图2所示。

这种结构已经应用于我国城市立交桥的主体结构。关于这种形式的钢-组合梁的设计和施工要注意以下几点：

a ）要使用大量的抗剪连接件以保障组合梁共同

工作，钢与混凝土交接面难免产生滑移和竖向掀起，这是设计、施工和使用中都不容忽视的问题，剪力键构造形式如图3所示；

b ）支座附近往往要加厚钢梁腹板或使用大量加

劲肋防止腹板受剪局部屈曲；

c ）截面的横向稳定性较差，钢梁和混凝土板的

抗扭能力极不平衡，钢梁的抗扭能力得不到充分利用；

d ）

组合梁的抗弯能力及截面刚度比原有钢梁大

有提高是以承受正弯矩为前提的，在承受负弯矩时，由于钢筋混凝土翼板过早开裂，截面的抗弯能力和截面刚度没有明显提高，因此组合截面的连续

梁其截面的承载能力与连续梁的弯矩分布不相适

图1

钢管混凝土拱桥

图2

叠合梁梁截面

混凝土桥面板

剪力键

钢梁

95