刚砼组合结构 总结篇

新型钢砼组合构造构件的研究与应用钢管砼柱钢筋砼梁、钢骨砼柱钢筋砼梁、钢筋砼柱钢与砼组合梁等组成框架,用钢管砼柱钢筋砼无梁楼盖组成板柱构造,还有钢骨砼桁架转换层构造等,从而形成以钢砼组合构件为主要承重构件的新型构造体系,在此,称其为“新型钢砼组合构造〞.<空腹桁架>
2在高层建筑中采用“新型钢砼组合构造〞,最主要的问题是不同构件间的连接问题,包括接方式、传力机理、抗震性能、构造措施、以及施工方法等
一.开小孔的钢管砼轴心受压短柱试验研究及有限元分析
有限元分析和试验结果均说明:①在梁柱节点处开竖槽,当不采取措施时,对承载力有较大的影响;如果设腹板穿越竖槽后与钢管可靠焊接,则对承载力的影响甚微,但大变形时焊缝可能脆裂.②当开孔面积不大时,水平槽比竖向槽的影响小得多,假设再穿入钢筋则可不必采取其补强措施.③设上下环箍可弥补开竖槽的影响,当竖槽不大时,增强增韧效果较好.④在钢管上开小孔槽的面积、数量应通过计算后确定.
二..钢管砼柱钢筋砼梁节点
1 暗牛腿节点[
如下图,暗牛腿焊于钢管壁上,梁钢筋焊于牛腿上下翼缘上.试验说明,塑性铰出现在牛腿与梁的交界面处,适用于梁配筋不多的情况[2,3].
2 暗牛腿梁筋穿心节点[1,2]
当采用暗牛腿节点但梁钢筋数量较多时,可将少量钢筋穿越核心区
此时,塑性铰同样出现在牛腿与梁交界处,研究说明,穿心钢筋数量应少于梁中正或负钢筋的1/3,且在钢管上宜一筋一孔,孔间距大于等于3d.
3 钢筋砼环梁节点
梁的上、下钢筋均锚入环梁,在钢管壁上要焊上抗剪销钉.试验时经认真测定,此乃刚性节点,塑性铰出现在环与梁的交界处,梁钢筋锚固可靠.图6示出了有限元单元划分及应力分布,证明试验结果可信.应注意的是梁钢筋不宜过多,节点处相交的梁不
能多于3根,以方便施工.
4 暗牛腿环梁节点[1～3]
当梁跨及荷载均较大因而梁钢筋数量较多时,可将上述方案进展组合,形成图7所示的暗牛腿环梁节点.此时,暗牛腿焊于钢管壁上,梁钢筋的2/3焊于钢翼缘顶、底面上,1/3锚入400 mm宽的钢筋砼环梁.测试结果说明,这种节点的抗震性能优良,梁传入的弯矩和剪力主要暗牛腿及起“葫芦节〞的环梁传递给钢管砼柱.环梁钢筋也有一定的应力,起到了环箍作用.
其中,曾对牛腿腹板穿越核心区的方案作过试验研究,比照试验结果,有了钢筋砼环梁后,不必采取这一措施.
5 钢加强环钢管砼节点[4]
当一个节点处同时有4～5根梁相交,或者是有斜交梁且交角较小时,再采用钢筋砼环梁的方案就不易满足要求.多数节点处相交有5根梁,局部节点处则为斜交梁,这使设计工作带来了一定的困难.为此,采用钢加强环钢管砼节点进展了3个中节点、1个边节点的试验研究.其中,2个中节点的梁纵筋的1/3焊在钢加强环上,1/3纵筋锚入钢加强环间的砼中,另1/3纵筋则穿越钢管及核心砼(见图9,试件JD1,JD2);另1个中节点将2/3梁纵筋焊于钢加强环上,1/3纵
筋锚入加强环间砼中(见图10,试件JD3);边节点
试件JD4如图11所示.
实测结果说明:
1)钢加强环钢管砼节点的环与柱间相对转角较小,因而属刚性节点;
2)与钢筋砼加强环一样,可使梁端塑性铰出现在环与梁的交界处;
3)钢管砼柱的直径一般在1 m以上,少量梁钢筋穿过节点核心区时的粘结性能很好,这样还
可改善钢加强环的受力条件;
4)当梁较多且有夹角较小的斜梁相交时,梁纵筋可分别与钢加强环焊接、锚入上下钢加强环间砼中、穿过节点核心区,设计及施工时应有详图.
三.钢管砼板柱节点的试验研究
钢管砼板柱节点的研究,提出了不设柱帽、采用钢制环向牛腿(剪力环)的板柱节点,同时对平板施加预应力.对2种类型的模型进展了试验,2种类型的普通钢筋配置一样,预应力钢筋配筋量也一样,所不同的是试件S1的预应力钢筋不穿越钢管及核心砼区,而试件S2的局部预应力钢筋穿越了钢管及核心砼区,配筋及剪力环等如图13所示.
试验的主要结论:
1)设埋剪力环是一种值得推广的节点型式,剪力环能较好地与砼板共同工作,协调变形,具有拉杆拱机制;
2)设置剪力环后,可使冲切破坏面外延至环边处,从而有效地提高受冲切承载力;
3)钢管核心砼钢管剪力环形成为广义的核心区,板少量预应力钢筋的穿越对受力和变形性能没有影响;
4)预应力可有效地抑制斜裂缝的开展,增大了剪压区,提高了受冲切承载力.
四.钢管砼柱与钢筋砼柱接头抗震性能的试验研究
钢管砼柱在轴心受压或小偏心受压时承载力较大,配以高强砼后,应用效果尤为突出.然而,在高层建筑上部的轴力将逐渐减小,钢管砼柱成为大偏心受压构件,砼三向受压的优越性得不到发挥,构造设计中可将其改为钢筋砼柱.由钢管砼柱过渡到钢筋砼柱,必然会出现刚度突变的问题,甚至形成薄弱层.
为了解决上述问题,经研究提出了2种措施,一是分批、分层转换;二是采用抗震性能优良的转
换接头.对钢管砼柱与钢筋砼柱2种接头方案进展了拟动力试验.方案1是将钢筋砼柱的纵向钢筋直接插入下层的钢管砼柱中,并保证足够的锚固长度;方案2是在上述钢筋砼柱与钢管砼柱接头处上下一定围插钢管(见图15).
对试验结果的分析说明:在地震作用较小时,两者的水平位移根本一样;当砼裂缝出现后,普通
钢筋砼柱的裂缝宽度不断增大,塑性开展较快且难以控制,而插钢管的钢筋砼柱
裂缝和位移均可得到有效的控制,耗能能力为普通钢筋砼柱的2倍左右.从构造抗震整体性能角度看,在转换节点处插钢管,可有效地减少构造的塑性位移,增加构造的耗能能力,起到加强薄弱层的作用,值得推广应用
“开口薄壁杆件的约束扭转理论？“
在役石拱桥的钢，混凝土组合构造加固法郭风琪，余志武( 中南大学土木工程学院，。

)
加固方案石拱桥常用加固方法有增大截面，减轻恒载，改变构造体系，增加辅助构件等，经过现场调查和分析，该桥初拟加固方法为，腹拱圈采用钢丝网喷射高强复合砂浆方法进展补强，而对主拱圈，则提出 ( 种方案进展技术经济比拟〕钢 D 混凝土组合构造加固方案
主拱圈的加固采用在钢板上焊接栓钉，在主拱圈上植筋，在钢板与原主拱圈截面之间新浇自密实混凝土，通过混凝土的连接和栓钉与植筋的相互咬合形成共同受力的钢，混凝土组合截面，断面布置见图
新型钢-混凝土组合构造的应用与展望＊白晓红白国良(建筑科技大学土木工程学院710055)
1 组合构造的概念和类型
从材料性能与组合的效果,以及经济性和实际应用上来看,作为与土木工程相关的组合构造,钢与混凝土或钢与钢筋混凝土的组合仍然最具适用性,被大量研究和应用。

组合结果即是:至少应使用两种以上的材料,不包括只单独发挥各自作用的、单纯重叠的和单独承受外部作用的形式,材料之间必须能以*种形式传递荷载或作用。

就材
料而言,“组合〞的目的是希望得到单一材料不具有的力学性能和改善单一(或两种)材料组成构件或构造的综合性能。

组合构造是组合异种材料构成构造构件,并作为完整整体而发挥作用的构造。

它包括:钢管混凝土构造(ConcreteFilled Steel Tubular Structures);型钢钢筋混凝土构造;其他类钢-混凝土组合构造,如外包钢混凝土构造,压型钢板与混凝土组合楼
板构造,钢与混凝土组合梁、混合梁、混合柱,组合节点构造体系等。

他们实现组合构造的途径表现在两个方面:构件界面的“组合〞及多种单一材料或多种材料的“组合〞。

发挥组合构造特性的保证条件是:钢与混凝土两者之间必须有结实的粘结,因为组合构造的力学特性不仅受到连接材料特性的影响,还受到连接面应力传递特性的影响。

2 型钢混凝土及钢管混凝土的概念及优点型钢混凝土(SRC)构造是把型钢(S)置入钢筋
混凝土(RC)中,使型钢、钢筋(纵筋和箍筋)、混凝土三种材料协同工作以抵抗各种外部作用的一种构造。

它是钢-混凝土组合构造的一种形式,同传统的钢构造相比,型钢混凝土构造有更大的刚度和强度,更好的局部和整体稳定性,防腐蚀和防火性能好,节约钢材。

同钢筋混凝土构造相比,这种构造承载力大、刚度大,具有良好的变形能力和延性,抗震性能优越;尤其在大跨度、超高层、重荷载的土木工程构造中,较单独采用钢筋混凝土构造有更好的适用性———减小构件截面、增大使用空间、减小构件挠度、节省模板和支撑钢管混凝土是将普通混凝土填入薄壁圆型钢管而形成的组合构造。

钢管混凝土可借助于填混凝土增强钢管壁的稳定性;借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,而使混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压
强度和抗变形能力。

它与传统的钢筋混凝土柱相比,具有以下几个优点:重量轻、塑性好、强度高、抗震性能好;钢管作为劲性承重骨架,省去了通常的混凝土支模、拆模和支撑工作量,省工、省时;钢管简便,操作性强,宜于保证质量;钢管混凝土在提高构造整体抗震性能的同时,有效地减小了构造尺寸,增加了使用面积。

2.预应力技术不仅可以用于混凝土构造,而且可以广泛应用于其他构造中,如预
应力钢构造、预应力砌体构造等。

预应力的作用不仅仅增加其抗裂度,减少挠度变形,而且可起调节构造杆件的力分配、增加刚度和稳定性等作用。

在大跨度支撑式构造或复杂悬挑构造、连续组合梁桥、连续箱形梁桥、斜拉桥构造中,可利用梁弯曲复原力、
钢绞线(或两者并
用)、化学预应力(膨胀混凝土)等方法根据需要施加预应力。

这样可增大构造跨度,扩大型钢混凝土构造的使用围,取得技术经济效益;同时,在使用条件下,防止或控制混凝土产生裂缝,增大构件刚度;也能防止型钢和钢筋混凝土受有害环境侵蚀,增加型钢混凝土构造的耐久性预应力钢构造的研究虽已有一定的历史,但工程应用实例相对较少。

主要原因包括钢丝防腐问题没有很好解决;预应力的建立须有较高的技术要求;设计计算理论和技术仍需完善等[21]。

所有这些,都限制了预应力钢构造的开展和应用。

3 轻型钢-混凝土组合构造及高强混凝土组合
构造的研究。

对于型钢混凝土构造,采用轻质混凝土可以减少构造自重,降低根底造价,在地震区还可降低地震作用,节省构造的投资;同时,可利用工业废料和天然轻集料、人造轻集料,降低材料造价。

轻钢构造本质上源于传统冷弯薄壁型钢构造和钢与混凝土组合构造,具有性能好、自重轻、工厂预制化程度高,建造速度快等优点。

4 型钢混凝土构造的粘结滑移特性和疲劳破坏机理研究
在型钢混凝土构件中,型钢与混凝土能否共同工作是构件设计理论的根底。

到目前为止,国外对型钢混凝土构件的研究还是停留在理想的完全共同工作或理想的完全别离工作水平上。

而实际上,型钢与混凝土处于两种理想状态的中间状态,即局部共同工作,也就是说型钢与混凝土之间存在粘结滑移。

型钢与混凝土之间的粘结性能是影响型钢混凝土构件受力性能、破坏形态、承载能力、裂缝和变形的主要因素。

只有将型钢与混凝土之间的粘结滑移性能搞清楚,才能真正解决型钢混凝土构造的最根本问题,并可将其应用于有限元分析中,使构造和构件计算更为准确可靠,构造平安性和适用性得到保障。

5 复合受力型钢混凝土构件的工作机理和抗震性能
钢混凝土组合梁的根底上,提出了钢箱混凝土组合梁,通过分析纯扭转应力函数的特点,采用差分法建立钢箱-混凝土组合截面不同材料区域部各节点的差分方程,并根据组合截面的特征,将应力函数在材料交界面附近做线性化处理,建立基于不同材料的一阶导数关系式,联立求解此类复杂截面的扭转问题。

实际中,型钢混凝土构造构件往往承受复合作用力,从截面所受力分,有压弯构件,压弯剪构件,弯扭构件,压弯扭
构件,压弯剪扭构件。

以往的研究大都集中于受压构件、受弯构件、压弯构件、压弯剪构件的试验分析,对于型钢混凝土构件的受扭及与受扭相关的复合受力构件很少研究。

为全面、系统地掌握型钢混凝土构造的性能和设计理论及为工程实际应用,应尽早开展上述容研究。

6 正常适用状态下不同型式型钢混凝土构件的性能研究
钢骨混凝土构件按照钢骨的形式可分为:实腹式构件和空腹式构件。

实腹式钢骨混凝土构件的制作简单方便、承载能力高,有较好的延性耗能能力,因此在实际工程中运用较多。

规定高层建筑构造中不宜采用空腹式钢骨混凝土构件,虽然其具有节约钢材的优点,但构造复杂,制作费用较高且受力性能及抗震性能相对较差型钢混凝土往往应用于一些体量大的构造中,含钢量大,同时混凝土截面也大,混凝土的收缩和徐变变形影响不容无视,在使用荷载和环境条件下的裂缝开展以及对大跨度型钢混凝土受弯和大偏压构件的刚度、挠度的影响,在*些特殊情况下将影响构造的使用和平安。

型钢混凝土较钢筋混凝土的优越之处表达在钢骨的设置上,当外包混凝土局部配置一定纵筋和箍筋的情况下,钢骨与混凝土能保持较好的共同工作,截面应变分布根本上符合平截面假定,破坏阶段外包混凝土也不会产生严重剥落,钢骨的塑性变形能力可以得到充分发挥。

因此型钢混凝土构件的配钢率和配箍率大小起到了举足轻重的作用。

7 施工荷载下型钢混凝土构造的性能研究
肋筋模板钢-混凝土组合板[30]由肋筋、底板和分布筋组成的骨架在施工阶段承受施工荷载,在使用阶段与混凝土组成一个整体,共同承受外荷载。

型钢混凝土构造的施工顺序往往是先组装柱型钢骨架和焊接横梁型钢骨架等构件,然后再绑扎或焊接柔性钢筋并支撑(或悬挂)模板,最后浇灌混凝土,待混凝土到达一定强度后,型钢混凝土才共同承受荷载。

型钢混凝土主体施工完成后,构造在重力荷载下绝大局部力与变形已经完成,在随后浇注混凝土时,构造将承受少量重力荷载引起的附加力,这将影响构造在今后的使用。

因此,对于空腹式和实腹式型钢混凝土在施工期间的工作行为和受力性能必须研究清楚。

8 组合构造计算理论的开展
目前关于型钢混凝土构造的计算理论,国际上主要有三种。

欧美采用的是基于钢构造的计算方法;前联采用的是基于钢筋混凝土构造的计算方法,认为型钢与混凝土
是完全共同工作的;日本则采用的是叠加法,认为型钢混凝土构造的承载能力是型钢与钢筋混凝土两者承载能力的叠加。

三种计算理论的主要差异之一是对型钢与混凝土之间的粘结
滑移性能给予了不同的考虑。

日本规没有考虑混凝土与型钢之间的共同工作,计算简单但结果偏于保守,前联规的承载力计算结果偏大。

9 混合构造体系的开展
我国,目前应用最多的是钢框架、钢筋混凝土筒体和型钢混凝土框架、钢筋混凝土筒体这两种混合构造体系[34]。

钢筋混凝土核心筒在各个方向上都具有较大的抗推刚度,成为构造体系的主要抗侧力子构造,将承受地震作用和风荷载所产生的大局部水平荷载。

该类混合构造具有钢构造和混凝土构造两者的优点,具有优于钢构造的刚度特性,也具有优于混凝土构造的变形性能,其整体性能更优于钢构造和混凝土构造。

浅析钢 - 混凝土组合构造
在高层建筑中的应用与开展
林耀
1钢 - 混凝土组合构造的概念和类型钢 - 混凝土组合构造，是一种由钢部件和混凝土或钢
筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种构造)钢 -混凝土组合构造兼具钢构造和钢筋混凝土构造的特点，既具有钢构造抗拉性能好的优点，同时又具备混凝土良好的抗压性能)
2钢 - 混凝土组合构造的类型主要有组合梁(组合板(组合桁架和组合柱四类) 〔1〕组合梁，是由钢梁(连接件和钢筋混凝土板组成的构造类型，由上端钢筋混凝土板承受压力，下端钢梁承受拉力，中间由连接件将钢筋混凝土板和钢梁连接为整体)连接形式根本包括使用钢筋的柔性连接和使用角钢的刚性连接)作为型钢和混凝土的组合构造，组合梁在减少用钢量(降低造价的同时，仍然具备延性好(刚度大(抗疲劳性能好等优点)
〔2〕组合板，是在压型钢板上灌注混凝土板形成的构造类型)组合板在荷载施加
初期，由压型钢板承受荷载；当到达混凝土设计强度时，则由组合板承受荷载)压型钢板能够承受板底拉力，同时与混凝土共同承受剪力；除了可以承受荷载之外，在施工时压型钢板还可以作为模版)
〔3〕组合桁架，是在钢桁架上浇筑钢筋混凝土板而形成的构造类型)具备节省材料(承载力大(刚度好的优势，相比普通的混凝土构造，具有更好的稳定性和抗震性能)在施工过程中也更加方便，既能很好的满足建筑构造的技术要求，又能充分做到经济实用)组合桁架在有管道通过的构造中，应用起来更加方便)
〔4〕组合柱，是在钢管中灌注混凝土形成的构造类型，故又称为钢管混凝土构造)在钢管中灌注混凝土，既增加了构造的抗压性能，又节省了钢材)组合柱构造将混凝土构造抗压强度高和钢构造抗拉强度高的特点)因此，具有良好的受力性能) 浅谈建筑工程中的钢 - 混凝土组合构造设计
钟义平
1 压型钢板混凝土组合板的特点
由于不需要模板，免除了模板拆卸安装工作，也降低由易燃的模板而引起的建筑失火的危险；压型钢板混凝土组合板仅需要在必要之处加设钢筋，用以抵抗混凝上收缩及温度影响；压型钢板混凝土组合板的设计要点要进展强度和挠度的验算，但是只计算顺助〔强边〕方向压型钢板强度和挠度；
2 钢 - 混凝土组合梁
钢 - 混凝土组合梁与钢板梁相比，最少可节省约 20％钢材，有效的降低了造价；钢梁与混凝土板共同工作，可使钢材与混凝土材料各自的材料特性得到充分发挥；增大梁的截面刚度，降低梁的截面高度和建筑高度；降低冲击系数，抗冲击、抗疲劳性能优越；增加了梁的侧向刚度，防止了在使用荷载下主梁的扭曲失稳；减少施工支模工序和节省模板，现场施工更
为简捷方便。

钢 - 混凝土组合梁的设计要点
为了保障钢梁和混凝土共同工作，需使用大量的抗剪连接件时，要防止钢与混凝
土接触面产生滑移和竖向掀起；为了防止腹板受剪局部屈曲，支座附近一般要加厚钢梁腹板或使用大量加劲肋
3 型钢混凝土构造
型钢混凝土构造截面小，承载力高，刚度大，对于高层及超高层建筑的适用性更强；延性好，抗震性能更加优越；相比于钢构造，其耐久性和耐火性更好，而且很大程度上节约钢材，减少本钱；施工速度快，工期短。

型钢混凝土构造的设计要点
为了焊接方便和满足局部稳定要求，型钢混凝土组合构造中的型钢板厚不宜过薄，厚度不宜小于 6mm；框架梁的截面宽度不宜小于 300，从而保证框架梁对框架节点的约束作用；混凝土强度等级不宜小于 C30，以便最大程度发挥型型钢在钢混凝土组合构造的作用；规定混凝土最大骨料直径小于型钢外侧混凝土保护层厚度的 1/3，且不宜大于 25mm，这样便于混凝土的浇筑；规定高宽比不宜超过 4，以保证梁抗扭和增强侧向稳定性
4 钢管混凝土构造
钢管混凝土构造承载力高，经过大量的实验和理论分析可以得到钢管混凝土受压构件强度承载力是钢管和混凝土单独承载力之和的 1.7~2.0 倍；延性好，由于钢管和混凝土之间的相互作用，钢管部混凝土的破坏形式由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能大幅加强；抗震性能优越；施工方便，简化了施工安装工艺；由于钢管填有混凝土，可以吸收大量的
热量，耐火性能良好。

钢管混凝土构造的设计要点
由于在建筑工程中钢管混凝土构造主要应用于高层或超高层建筑、大跨度且单柱轴力大以及抗震等级较高的建筑，故钢管混凝土构造设计的最大的要点和难点是其柱脚节点和梁柱节点；目前此类工程设计中惯用的节点有四种：加强环式节点，双梁节点，半穿心牛腿节点和环梁节点。

近年来美日对钢-混凝土组合框架构造的研究
钱仲慧蓓蓓于翔
节点是连接梁和柱的关键部位,梁和柱的力通过节点传递。

因此节点工作的平安可靠是保证构造正常工作的前提,也是构造抗震的关键所在。

同时节点处于压弯剪复合应力状态,受力比拟复杂。

因此,研究并弄清节点的受力性能,破坏机理,对保证构造平安十分重要。

钢-混凝土组合构造在桥梁加固改造中的应用研究利用组合构造的原理和方法对现有混凝土桥梁进展加固改造是对构造加固改造技术的一种创新与开展,为构造加固改造提供了一种新的思路。

组合加固方法可充分利用新、旧材料的性能,具有承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、自重增加小、施工快速方便等优点,在很多方面能够克制传统加固方法的固有缺点。

钢--混凝土组合构造抗震性能研究进展
1)慧玲2)叶志明
对国外近期钢 -- 混凝土组合框架构造抗震性能研究现状进展总结，对组合梁柱构件及组合节点的作用机理及其地震作用下的损伤与破坏机制进展简要分析，进而提出钢 -- 混凝土组合构造抗震性能研究的一些看法，期望能为后续研究提供一些意见和建议.
型钢混凝土构件是指在型钢周围配置钢筋，并浇筑外包混凝土的组合构件，钢与混凝土的协同工作主要依靠两者之间的粘结力. 钢管混凝土柱是指在钢管填充混凝土而形成
的组合构件，按截面形式不同，分为圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土、方钢管混凝土和多边形钢管混凝土组合柱等，具有良好的受压性能. 不同截面形状钢管混凝土构件中钢管的局部屈曲引起的强度与刚度退化，钢管的宽厚比与钢材弹性性能及屈服性能等均会对其产生影响.
组合梁、柱的连接节点是组合框架构造中传力的枢纽和受力的重要部位，复杂地震作用下组合节点区域的受力机理、破坏模式对于组合构造的地震灾变过程将起到关键的作用，因此对组合节点的研究成为最近组合构造抗震研究领域的热点对于组合梁。