《鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)》第一章 緒論

1、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu) 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院薛建陽 教授 1. 趙鴻鐵著，鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，科學(xué)出版社，北京，2001 2. 聶建國(guó)等，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，北京，2005 3. 薛建陽主編，鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，華中科技大學(xué)出版社，武漢，2007 4. Johnson R P, Composite Structures of Steel and Concrete, OXFORD: Blackwell Scientific Publications, 1995 參考書目教材 趙鴻鐵主編，組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，高等教育出版社，北京，2005 第一章緒論：國(guó)內(nèi)外組合結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用

2、的發(fā)展與現(xiàn)狀第二章 鋼與混凝土的連接與組合第三章 壓型鋼板與混凝土組合板 第四章 鋼與混凝土組合梁第五章 型鋼混凝土結(jié)構(gòu) 第六章 鋼管混凝土柱第七章 混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概論第一章緒論1.1 組合結(jié)構(gòu)的類型及特點(diǎn) 兩種不同性質(zhì)的材料組合成整體共同工作的構(gòu)件稱為組合構(gòu)件。由組合構(gòu)件可組成組合結(jié)構(gòu)。 50多年來組合結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用得到迅速發(fā)展，至今已成為一種公認(rèn)的新的結(jié)構(gòu)體系。其與傳統(tǒng)的四大結(jié)構(gòu)，即鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并列，已擴(kuò)展成為五大結(jié)構(gòu)。 鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)依照鋼材形式與配鋼方式不同又有多種類型，并且一些新的結(jié)構(gòu)形式仍在不斷出現(xiàn)。目前研究較為成熟與應(yīng)用較多的主要有下列各種鋼與混凝

3、土組合結(jié)構(gòu)。1.壓型鋼板與混凝土組合板 在壓成各種形式的凹凸肋與各種形式槽紋的鋼板上澆注混凝土而制成的組合板，依靠凹凸肋及不同的槽紋使鋼板與混凝土組合在一起。 在與混凝土共同工作性能較差的壓型鋼板上可焊接附加鋼筋或栓釘，以保證鋼材與混凝土的完全組合作用。 特點(diǎn)：利用混凝土造價(jià)低、抗壓強(qiáng)度高、剛度大等特點(diǎn)作為板的受壓區(qū)，而受拉性能好的鋼材放在受拉區(qū)，代替板中受拉鋼筋，使得兩種材料合理受力，各得其所，都能發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。其突出的優(yōu)點(diǎn)還在于壓型鋼板在施工時(shí)先行安裝，可作為澆注混凝土的模板及施工平臺(tái)。壓型鋼板與混凝土組合板的形式2.鋼與混凝土組合梁 將鋼梁與混凝土板組合在一起形成組合梁?；炷涟蹇梢允?/p>

4、現(xiàn)澆混凝土板，也可以是預(yù)制混凝土板、壓型鋼板混凝土組合板或預(yù)應(yīng)力混凝土板。鋼梁可以用軋制或焊接鋼梁。 鋼梁形式有工字鋼、槽鋼或箱形鋼梁?；炷涟迮c鋼梁之間用剪切連接件連接，使混凝土板作為梁的翼緣與鋼梁組合在一起，整體共同作用形成組合T形梁。 特點(diǎn)：使混凝土受壓，鋼梁主要是受拉與受剪，受力合理強(qiáng)度與剛度顯著提高，充分利用了混凝土的有利作用。并且由于側(cè)向剛度大的混凝土板與鋼梁組合連接在一起，很大程度上比避免了鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)的弱點(diǎn)。帶板托的組合梁無板托的組合梁組合梁的形式3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu) 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土中主要配置軋制或焊制型鋼。 特點(diǎn)：在混凝土中配置的是型鋼，這些型鋼可

5、以是軋制的也可以是焊接的。一般在大型建筑中經(jīng)常配置焊接型鋼，可以根據(jù)構(gòu)件截面大小、受力特點(diǎn)，考慮到受力的合理性，靈活的選擇焊接型鋼各個(gè)板件寬度與厚度。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)不僅強(qiáng)度、剛度明顯增加，而且延性獲得很大的提高，從而成為一種抗震性能很好的結(jié)構(gòu)，所有尤其適用于地震區(qū)。比起鋼結(jié)構(gòu)建筑，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)省了大量鋼材，降低了造價(jià)，而且避免了鋼結(jié)構(gòu)建筑防銹、防腐蝕、防火性能差，需要經(jīng)常性維護(hù)等弱點(diǎn)。型鋼混凝土構(gòu)件截面形式4.鋼管混凝土柱 鋼管混凝土柱可分為（圓）鋼管混凝土柱和方鋼管混凝土柱。一般在鋼管中澆注混凝土，并不另配鋼筋。 （1）圓鋼管混凝土柱的特點(diǎn)：利用鋼管約束混凝土，將混凝土由單向受壓轉(zhuǎn)變

6、為三向受壓。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮混凝土和鋼材各自的優(yōu)點(diǎn)，避免了鋼材特別是薄壁鋼材容易失穩(wěn)的缺點(diǎn)，所以受力合理，大大節(jié)省材料由于其是圓形截面，而且斷面高度較小，所以在受彎矩作用時(shí)顯然并無優(yōu)越可言，而且是不利的，因此常常將其作為高層建筑中的下面數(shù)層的柱是最合適的。圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的最大弱點(diǎn)是圓形截面的柱與矩形截面的梁連接比較復(fù)雜，是推廣圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的一大障礙。圓鋼管混凝土方鋼管混凝土矩形鋼管混凝土鋼管混凝土截面形式 (2)方鋼管混凝土柱的特點(diǎn)：克服了圓鋼管混凝土柱的一些缺點(diǎn)?？梢杂米髌氖軌褐课莸耐庥^較好；連接面為平面，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單；方鋼管構(gòu)成封閉截面，自身剛度較大；由于鋼材都分布于

7、截面外邊，抗彎承載力較高；鋼板為連續(xù)配置，提高了對(duì)混凝土的約束作用，故構(gòu)件的延性比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)明顯提高；省去模板，方便施工。鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)形式圓空夾層鋼管混凝土截面形式1.2 組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用 由于組合結(jié)構(gòu)的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以歐美國(guó)家及日本等國(guó)在20世紀(jì)初即開始應(yīng)用。 壓型鋼板混凝土組合樓板開始應(yīng)用于歐美國(guó)家。組合板的設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵問題是解決壓型鋼板與混凝土的組合剪切計(jì)算。美國(guó)的Porter 和Ekberg教授等首先在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了組合面縱向剪切承載能力的計(jì)算方法，使得組合板的設(shè)計(jì)計(jì)算理論推進(jìn)一步，并逐步推廣到世界其他國(guó)家。冶金部建筑研究總院在對(duì)大量國(guó)產(chǎn)壓型鋼板組合板實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上

8、，提出了我國(guó)自己的計(jì)算公式。 我國(guó)從20世紀(jì)50年代開始，首先在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了組合梁，并進(jìn)行過少量實(shí)驗(yàn)。組合梁的計(jì)算與應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵問題是連接問題。美國(guó)、英國(guó)等首先用推出實(shí)驗(yàn)得出剪切連接件強(qiáng)度計(jì)算公式，并納入英國(guó)規(guī)范CP110；我國(guó)的鄭州工學(xué)院、哈爾濱建工學(xué)院、清華大學(xué)等先后開展了研究工作。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ17-88)首次將組合梁的設(shè)計(jì)方法納入規(guī)范。 關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，國(guó)際上主要有三種類型：歐美的計(jì)算理論基于鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，考慮混凝土的作用，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上將實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行修正，突出反映在組合柱的計(jì)算上。前蘇聯(lián)關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論是基于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，認(rèn)為型

9、鋼與混凝土是完全共同作用的，因此實(shí)驗(yàn)證明前蘇聯(lián)計(jì)算方法在某些方面偏于不安全。第三種類型是日本建立在疊加理論基礎(chǔ)上的方法，認(rèn)為型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力是型鋼與混凝土兩者承載力的疊加。比較證明，日本的計(jì)算方法偏于安全。 我國(guó)在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)方面的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代初。西安建筑科技大學(xué)、冶金部建筑研究總院等科研單位最早對(duì)其進(jìn)行研究，并于1989年提出了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議。1997年主要參考日本規(guī)程，原冶金部頒發(fā)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（YB9082-97)；2001年又根據(jù)我國(guó)的研究成果和和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，由建設(shè)部頒布了型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 138-2001）。 早在1879年英國(guó)就在鐵路橋的建設(shè)中應(yīng)用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，隨后，美國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)和日本等相繼將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于房屋中，尤其是超高層結(jié)構(gòu)。我國(guó)自20世紀(jì)60年代開始引入鋼管混凝土柱，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、高爐和鍋爐支架、輸（變）電塔架、公路和城市橋梁、以及高層建筑中。原中科院哈爾濱土建研究所、哈爾濱建工學(xué)院、中國(guó)建筑科學(xué)研究院等單位先后開展了較為系統(tǒng)的研究工作。 我國(guó)至今尚無一部完整的關(guān)于組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)家規(guī)范。但是近幾十年，特別近20年來在大量學(xué)者的研究成果與應(yīng)用基礎(chǔ)上，各部制訂了一些