浅谈钢—混凝土组合结构.doc

浅谈钢—混凝土组合结构钢—混凝土组合结构是指由钢构件和混凝土构件通过一定方式使两者共同承受各种作用而成为的独立受力构件，以及由这些构件组成的结构。组合结构的形式多种多样，在土木工程结构中已经广泛应用。如图（a）所示截面的组合梁就是通过一定的连接装置将混凝土板和钢梁结合在一起而形成统一的受弯构件。当这种组合梁用于一般的简支梁中，混凝土板主要承受弯曲压应力，而钢梁主要承受拉应力，充分发挥了混凝土抗压性能好而钢材的抗拉性能好的优势，同时钢梁和混（a）组合梁（b）钢骨混凝土构件凝土板组合，提高了钢梁的整体稳定性。如图（b）所示是型钢混凝土构件，是指由钢筋混凝土将钢构件包起来从而行程的独立的受力构件，这种构件既可以作为柱构件，也可以作为梁构件。从受力上，型钢混凝土构件可以提高整个构件的稳定性，同时也可以提高钢构件的局部稳定性，能够更好的发挥钢构件的受力性能。另外，由于混凝土将钢构件包裹在内，大大提高了钢构件的抗火能力和抗腐蚀的能力，所以这类构件具有很好的技术经济性能。当在钢管内填入混凝土而使钢管和混凝土共同受力，这就是钢管混凝土构件，常常作为柱使用，见图（c）所示截面。这种构件在受力上，由于钢管对于混凝土的约束，当受轴压时，钢管内的混凝土处于三向受压状态，所以可大大提高混凝土的强度和塑性性能。另外，钢管混凝土构件的抗火、抗腐蚀性能也得到了很大的改善。而钢管混凝土施工简单，可以大大提高结构的施工速度，则是这种结构的另一特点。在楼层上，当将压型钢板（c）钢管混凝土柱（d）压型钢板组合楼板与混凝土共同工作而形成楼层受力构件，成为压型钢板组合楼板，见图（d）。组合楼板将压型钢板作为受力钢筋，则可以大大增加楼板的延性，同时可以讲压型钢板作为永久模板，从而可以大大加快施工速度。随着科学技术的发展。新的技术在建筑结构中的应用，新的组合结构的类型也在不断地出现和发展。钢——混凝土组合梁按横截面钢梁和混凝土的关系分为外包混凝土梁、底包钢或外包钢、梁板组合式三类。组合梁具有以下特点：节约钢材；梁自重减少；降低梁高度；梁刚度增加；抗疲劳性能好；施工较麻烦等。组合梁的设计方法主要有两种，即基于弹性理论的设计方法和基于塑性理论的设计方法。在没有动力荷载或不考虑有可能出现局部失稳的情况下，应当容许考虑一定的塑性发展。对于考虑下列问题的设计时采用弹性理论的设计方法：钢结构构件的疲劳破坏；对于直接承受动力荷载的结构或构件；可能发生局部失稳的构件；（4）其它的一些条件，如在桥梁工程中，目前仍采用弹性设计法，另外在一些国外的设计方法中仍采用弹性设计法，等等。对于钢——混凝土组合梁在采用弹性方法设计时，应考虑由于温度变化，混凝土收缩产生的附加应力及由于施工条件不同造成的不同应力状态。根据梁跨度不同，组合梁的施工方法也不一样；而施工条件的不同，将改变组合梁的受力。当在组合梁的施工过程中，在梁的跨中位置设置一定的临时支撑，则结构的自重在施工中由临时支撑承担，在使用过程中，使用荷载和试用阶段增加的恒荷载有组合截面承受。当在整个施工过程中，不舍临时支撑时，在施工阶段，所有的荷载完全由钢梁承担。按弹性方法设计组合梁时，要有以下几个基本假定：（1）钢和混凝土两种材料均为理想线弹性材料；（2）受弯后，截面要符合平截面假定，即不考虑混凝土板和钢梁间的滑移；（3）不考虑混凝土板托座部分面积；（4）不考虑混凝土受拉开裂。并且在设计时要将两种材料换算成一种材料，一般是将混凝土折算成钢，然后利用换算截面按施工阶段和使用阶段分别进行抗弯强度、抗剪强度以及挠度计算。按塑性方法设计组合梁时的基本假定：混凝土受压区达到抗压强度，受拉区不考虑混凝土抗拉；钢梁受压区和受拉区均达到屈服强度；混凝土板和钢梁间连接可靠；受弯时截面应符合平截面假定；正弯矩作用下，不考虑混凝土板中纵向钢筋作用；有混凝土板托的组合梁，不考虑板托作用。按塑性方法计算时，不用分阶段进行计算。组合梁的设计中还有一项重要任务就是抗剪剪力连接件的设计，钢——混凝土组合梁中的剪力连接件是使组合梁混凝土和钢梁共同工作的关键部件，它的主要作用是传递纵向剪力，抵抗混凝土板和钢梁叠合面上的纵向剪力，使二者不能自由滑移，还要保证混凝土板和钢梁不发生脱离，即掀起。剪力连接件的受力性能可以从剪力连接件的力和变形关系来体现，按剪力连接件的力与变形关系可以分为柔性剪力连接和刚性剪力连接两大类。柔性剪力连接件是指该类剪力连接件在达到其最大承载能力以后，能够保持其承载能力，而发展充分的塑性变形；而刚性剪力连接件在达到最大的承载能力之后，会很快失去承载能力，发展塑性变形的能力很小。采用柔性剪力连接件能保证组合梁充分发展塑性变形，达到组合梁的塑性承载能力。所以，采用塑性设计法设计组合梁时，剪力连接件应当是柔性的。而刚性剪力连接件一般仅适用于弹性设计，在桥梁以及要求按塑性设