鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)

鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)第一頁，共五十七頁。本課程是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課。鋼材：良好的抗拉和延性混凝土：優(yōu)良的抗壓強(qiáng)度和較大的剛度，混凝土的存在的提高了鋼材的整體屈曲和局部屈曲性能鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)：良好的強(qiáng)度、剛度、延性及良好的耗能能力第二頁，共五十七頁。1.趙鴻鐵著，《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》，科學(xué)出版社，20052.聶建國等，《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)》，建筑工業(yè)出版社，20053.劉維亞編，《鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)理論與實(shí)踐》，同上，20084.JohnsonRP,CompositeStructuresofSteelandConcrete,OXFORD:BlackwellScientificPublications,1995

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教材第三頁，共五十七頁。課程主要內(nèi)容緒論1材料的物理力學(xué)性能2結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則3壓型鋼板與混凝土組合板4合并一起扼要介紹組合結(jié)構(gòu)定義組合結(jié)構(gòu)分類組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用定義、構(gòu)造極限狀態(tài)-承載力計算使用狀態(tài)-撓度裂縫計算第四頁，共五十七頁。課程主要內(nèi)容鋼與混凝土組合梁5型鋼混凝土結(jié)構(gòu)6鋼管混凝土結(jié)構(gòu)7外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)8定義、構(gòu)造承載力計算撓度裂縫計算第五頁，共五十七頁。（1）《組合結(jié)構(gòu)》概述（2）組合結(jié)構(gòu)分類（3）壓型鋼板與混凝土組合結(jié)構(gòu)（4）鋼與混凝土組合梁（5）型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（6）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（7）外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)本書內(nèi)容第六頁，共五十七頁。第1篇概論由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合成整體，共同受力、協(xié)調(diào)變形的結(jié)構(gòu)，稱為組合構(gòu)件。定義鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)是其中較為常見的一種，也是土木工程領(lǐng)域日益廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)體系，為此，本課程將詳細(xì)講述這種組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和設(shè)計。專指型鋼或用鋼板焊接成的鋼骨架？鋼筋混凝土梁第七頁，共五十七頁。鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)PPDPDP鋼筋混凝土梁素混凝土梁PD鋼筋混凝土梁素混凝土梁充分發(fā)揮混凝土抗壓性能增強(qiáng)梁的剛度、強(qiáng)度和延性均勻裂縫D第八頁，共五十七頁。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)第五大結(jié)構(gòu)體系木結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工方便造價相對較低承載力高剛度和延性大抗震性能好五大類一、鋼與混凝土組合結(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)并列，已擴(kuò)展成為第五大結(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)用較多的主要五種類型。第九頁，共五十七頁。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)五大類壓型鋼板與混凝土組合板鋼與混凝土組合梁型鋼混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)第十頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板定義在各種形式凹凸肋或各種形式槽紋的壓型鋼板上澆注混凝土而形成的組合板，依靠凹凸肋及不同的槽紋使鋼板與混凝土組合在一起。壓型鋼板與混凝土組合板的形式第十一頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板第十二頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板第十三頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板第十四頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板第十五頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板優(yōu)點(diǎn)壓型鋼板可以作為現(xiàn)澆混凝土的永久模板。這樣就省掉了施工中安裝和拆除模板等工序，從而節(jié)省了時間和勞動力。當(dāng)壓型鋼板安裝好以后將可以作為施工平臺使用。同時由于不必使用臨時支撐，也不影響下一層施工平面的工作。壓型鋼板可以作為樓板的底筋使用，減少了安裝板筋的工作量。根據(jù)壓型鋼板的不同截面形狀，最多可以減少30％的樓板混凝土用量。減少的樓板自重又可以相應(yīng)的減少梁、柱和基礎(chǔ)的尺寸，提高了結(jié)構(gòu)的整體性能。第十六頁，共五十七頁。1.壓型鋼板與混凝土組合板優(yōu)點(diǎn)壓型鋼板的肋部可以放置水電管線，從而使結(jié)構(gòu)層與管線合為一體，間接地加大了層高或降低了建筑高度，給建筑設(shè)計帶來靈活性。在施工階段，壓型鋼板可作為鋼梁的連續(xù)側(cè)向支撐，提高了鋼梁的整體穩(wěn)定承載力；在使用階段，提高了鋼梁的整體穩(wěn)定性和上翼緣的局部穩(wěn)定性。以上幾個優(yōu)點(diǎn)都可以相當(dāng)大程度地縮短施工時間，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。第十七頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁定義將型鋼梁與混凝土翼板通過抗剪連接件相連在一起形成一個整體共同工作的組合梁?；炷涟蹇梢允乾F(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。第十八頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁帶板托的組合梁無板托的組合梁組合梁的形式第十九頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁常州市龍城大橋龍城大橋是常州市龍城跨運(yùn)河大橋。主橋采取自錨式懸索斜拉協(xié)作體系，主梁采用箱形結(jié)構(gòu)，主跨跨中部分采用混凝土－鋼結(jié)合梁，其余部分采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。第二十頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁常州市龍城大橋梁縱向五道腹板。鋼縱梁為全焊接結(jié)構(gòu)，由底板和5道腹板組成，底板和外側(cè)斜腹板組成一個槽形斷面。第二十一頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁張江立交改建工程組合箱梁截面組合板梁截面第二十二頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁張江立交改建工程

1.節(jié)省鋼材，降低造價。

通過變更設(shè)計，將鋼箱梁（1866.975t）和鋼板梁（628.748t）改為鋼混疊合梁（556.2t），節(jié)省用鋼量1939.523t。原預(yù)算價為3000萬元，根據(jù)圖紙現(xiàn)預(yù)算價2000萬元，節(jié)省1000萬元。

2.增加了預(yù)制環(huán)節(jié)，為現(xiàn)場施工爭取了時間。

這種型式的結(jié)構(gòu)極具推廣價值，特別適于改建工程。在滿足行車要求的情況下，不但大量節(jié)省了用鋼量，降低了造價，而且實(shí)施快速。工程經(jīng)驗第二十三頁，共五十七頁。2.鋼與混凝土組合梁中鐵大橋局的建設(shè)者在上海長江大橋上架設(shè)鋼—混凝土組合梁第二十四頁，共五十七頁。優(yōu)點(diǎn)

節(jié)省鋼材，降低造價。增加了預(yù)制環(huán)節(jié)，為現(xiàn)場施工爭取了時間。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)。2.鋼與混凝土組合梁第二十五頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)定義型鋼混凝土結(jié)構(gòu)又稱鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)或勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是在混凝土根據(jù)配鋼形式的不同，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)可以分為實(shí)腹式配鋼和空腹式配鋼。中主要配置型鋼、并配有一定縱向鋼筋和箍筋的結(jié)構(gòu)。第二十六頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)型鋼混凝土構(gòu)件截面形式第二十七頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)北京國貿(mào)三期第二十八頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)南通國際會議中心項目總高度（含避雷針）275米，混凝土結(jié)構(gòu)高度208米，鋼結(jié)構(gòu)塔頂高度254米，地下2層，地上55層，裙樓5層，總建筑面積12萬平米，地上建筑面積11萬平米。結(jié)構(gòu)形式為核心筒加型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu),由中國建筑上海設(shè)計研究院設(shè)計。第二十九頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)大連期貨廣場為雙子樓建筑，每棟建筑面積21.1萬平方米，地上53層，地下3層，高約232米。結(jié)構(gòu)體系為剪力墻核心筒-鋼框架混合結(jié)構(gòu)，全玻璃幕墻。第三十頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中銀大廈整座大樓采用由八片平面支撐和五根型鋼混凝土柱所組成的混合結(jié)構(gòu)“大型立體支撐體系”。第三十一頁，共五十七頁。3.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)在混凝土中配置的是型鋼，這些型鋼可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，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)。第三十二頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)定義鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的結(jié)構(gòu)。在鋼管內(nèi)可以配置鋼筋，也可以只填充混凝土。按截面形式的不同，可分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。第三十三頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)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第三十四頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)第三十五頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)形式第三十六頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（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?yōu)槿蚴軌?。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。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。第三十七頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

(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?，房屋的外觀較好；連接面為平面，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造比較簡單；方鋼管構(gòu)成封閉截面，自身剛度較大；由于鋼材都分布于截面外邊，抗彎承載力較高；鋼板為連續(xù)配置，提高了對混凝土的約束作用，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。第三十八頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)位于深南中路與華強(qiáng)北路交匯處，是目前世界最高的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)大廈，是深圳市跨世紀(jì)的標(biāo)志性建筑?？偢?55.8米，總建筑層79層，總建筑面積達(dá)17萬平方米。賽格觀光位于賽格廣場的71、72層，登高臨望，深圳和香港的都市風(fēng)貌盡收眼底，猶如一幅美麗的畫卷?！百惛耠娮邮袌觥笔鞘澜缫?guī)模最大的電子交易市場。第三十九頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)天津津塔工程位于天津市和平區(qū)大沽北路與興安路交口西北側(cè)，總建筑面積約為34.6萬平方米，由一幢75層高的辦公樓及一幢30層高的公寓樓組成。地下四層，辦公樓結(jié)構(gòu)體系為鋼管混凝土柱框架+核心筒鋼板剪力墻體系+外伸剛臂抗側(cè)體系組合結(jié)構(gòu)，公寓樓結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土+剪力墻體系。檐高為336.9米。第四十頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)162層，高度為818米，的“迪拜塔”需要一個堅實(shí)的基礎(chǔ)，以支持重量可能超過500，000噸的地面以上建筑?！暗习菟苯ㄔ煸谝粋€3.7米厚的三角形結(jié)構(gòu)的基座上，這個三角形基座由192根直徑為1.5米的鋼管樁或支柱缸體支持。這些鋼管樁或支柱缸體深入地下50米。第四十一頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)南寧永和大橋位于南寧市，橫跨邕江，北連中華路，南接南建路，主孔凈跨徑為335.40m，是迄今為止的世界上最大跨度的下承式有推力鋼管混凝土拱橋。第四十二頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)連徐高速公路京杭運(yùn)河特大橋全長2577米，為三跨自錨式空間曲線鋼管混凝土拱橋，是當(dāng)時國內(nèi)跨徑最大的提籃式鋼管混凝土拱橋，2001年12月建成，榮獲“詹天佑土木工程大獎”。第四十三頁，共五十七頁。4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)丫髻沙大橋位于廣州市環(huán)城高速公路，跨越珠江主航道，是一座特大型鋼管混凝土拱橋。全長1084米，主橋上部結(jié)構(gòu)為3跨鋼管混凝土中承式桁架肋系桿拱，跨越珠江主副航道、丫髻沙島，跨徑達(dá)360米，為當(dāng)時世界同類橋梁第一。第四十四頁，共五十七頁。5.外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)定義亦簡稱外包鋼結(jié)構(gòu)，指在混凝土構(gòu)件外部配置鋼板或角鋼的結(jié)構(gòu)。它可以滿足大中型工業(yè)廠房內(nèi)固定各類管道線路而不需設(shè)置預(yù)埋件，也可以可以用于已有建筑物的加固改造。第四十五頁，共五十七頁。5.外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)第四十六頁，共五十七頁。5.外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)外包鋼加固柱第四十七頁，共五十七頁。5.外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)

柱包鋼第四十八頁，共五十七頁。5.外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)外包鋼加固混凝土梁第四十九頁，共五十七頁。5.外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)外包鋼加固混凝土板第五十頁，共五十七頁。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程中！第五十一頁，共五十七頁。二、鋼與混凝土組合結(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)，所以歐美國家及日本等國在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)用于歐美國家。組合板的設(shè)計計算的關(guān)鍵問題是解決壓型鋼板與混凝土的組合剪切計算。美國的Porter和Ekberg教授等首先在實(shí)驗的基礎(chǔ)上，提出了組合面縱向剪切承載能力的計算方法，使得組合板的設(shè)計計算理論推進(jìn)一步，并逐步推廣到世界其他國家。冶金部建筑研究總院在對大量國產(chǎn)壓型鋼板組合板實(shí)驗研究的基礎(chǔ)上，提出了我國自己的計算公式。

第五十二頁，共五十七頁。二、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用我國從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。組合梁的計算與應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題是連接問題。美國、英國等首先用推出實(shí)驗得出剪切連接件強(qiáng)度計算公式，并納入英國規(guī)范CP110；我國的鄭州工學(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?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ17-88)首次將組合梁的設(shè)計方法納入規(guī)范。第五十三頁，共五十七頁。二、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計算理論，國際上主要有三種類型：①歐美的計算理論基于鋼結(jié)構(gòu)的計算方法，考慮混凝土的作用，在實(shí)驗基礎(chǔ)上將實(shí)驗曲線進(jìn)行修正，突出反映在組合柱的計算上。②前蘇聯(lián)關(guān)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計算理論是基于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算方法，認(rèn)為型鋼與混凝土是完全共同作用的，因此實(shí)驗證明前蘇聯(lián)計算方法在某些方面偏于不安全。③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，日本的計算方法偏于安全。本文介紹的計算方法第五十四頁，共五十七頁。二、鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用我國在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)方面的研究與應(yīng)用始于