鋼混凝土組合梁的結(jié)構(gòu)特點

鋼混凝土組合梁的結(jié)構(gòu)特點鋼一淀駐I-爼合梁結(jié)構(gòu)在我國應川廣泛，柞為織合結(jié)構(gòu)屮的一員,其主耍由［種材料組合形成,介別是鋼梁、混凝上板利剪）J連接件,與我國常Ilf的四種結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)、混凝I-.結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)）相比一其貝有很多顯著的特點【2】：C1）承載力高。組合梁結(jié)構(gòu)中的各種構(gòu)件是組合在一起整體$丿J的,材料的各項性能得到充介利用,因而使整個結(jié)構(gòu)的承載丿J明顯高「非組合梁結(jié)構(gòu)?（2）剛度人4鋼筋混凝上翼板可看成是鋼梁的翼緣，兩者通過剪力連接件組成T型梁，與同樣條件下的鋼梁和比，其剛度將明顯增兒一般情況卜,將增人1/4^1/3,（3）穩(wěn)龍性好°組合梁屮混凝I：說板的剛度大J'-鋼梁的剛度,內(nèi)此+兩苕組合成整體后，能有效璉免鋼梁的整體和局部失穩(wěn)。（4）便于施工。與普通混凝上梁和比,鋼梁nJ'作為混凝I我板的支撐,可節(jié)約施匚匚序利節(jié)省模板-施工時其濕作業(yè)量也將減少。（5）經(jīng)濟效益好。組合梁粽合利用了混凝土板和鋼梁兩種村料閭特點，同樣條件下，梁的高度可減＞10%,其強度和剛度均比非組合梁要人，能節(jié)約材料，提高經(jīng)濟效益.在我國，組合梁已經(jīng)得到了長足發(fā)展和廠泛應用⑴切，其設計理論和有關計算方法也已納入了我國鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范。實踐結(jié)果證明，組合梁能充分發(fā)揮鋼材與混凝土各自的性能*產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益，因此，對組合梁的仃關丿J學性能研究具仃實際一意義°鋼一混凝土組合梁主要由三種材料組合形成，分別是鋼梁、鋼筋混凝土翼板和剪力連接件（圖1」為工字型鋼一混凝土組合梁）。（1） 鋼筋混凝土翼板鋼筋混凝土翼板是組合梁結(jié)構(gòu)屮的重要受力構(gòu)件。在組合梁結(jié)構(gòu)的正彎矩區(qū)域，混凝土翼板位于截面受壓區(qū)，能與鋼梁共同作用充分發(fā)揮其抗壓性能；在組合梁結(jié)構(gòu)的負彎矩區(qū)域，混凝土因抗拉強度低，在較小的荷載作用F,就因達到極限拉應變而發(fā)生開裂，I天I此，該區(qū)域主要由板內(nèi)縱向鋼筋和鋼梁承受荷載作用。在整個組合梁結(jié)構(gòu)屮，鋼筋混凝土翼板可看成是鋼梁的翼緣，能提高鋼梁的側(cè)向剛度，增加整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼筋混凝土翼板可由多種不同形式的材料組合形成，其屮，壓型鋼板混凝土組合板采用壓型薄鋼板與現(xiàn)澆混凝土組合構(gòu)成；預應力混凝土板由預拉鋼筋與混凝土形成；另外，還有現(xiàn)澆混凝土板和預制混凝土板等。（2） 剪力連接件剪力連接件在組合梁結(jié)構(gòu)屮具有傳遞剪力、固定泯凝土翼板和鋼梁的重要作用，它能抵抗二者在不同荷載作用卜，發(fā)生的相對位移和相對分離，從而使構(gòu)件能夠整體受力，充分發(fā)揮材料的有利性能。目前，我們常用的剪力連接件（圖】?2）可分為兩種，一種是剛性連接件，指在剪力作用卜不產(chǎn)生變形或變形很小的連接件，如：U型連接件.T形連接件和馬蹄形連接件等；另一種是柔性連接件，指在剪力作用卜會發(fā)生變形的連接件，包括：錨型連接件、L型連接件、圓柱頭栓釘?shù)?。采用不同類型的剪力連接件，能使組合梁結(jié)構(gòu)在受力時產(chǎn)生不同的位移和變形，而柔性剪力連接件能優(yōu)化組合梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，因此，在實際應用時，我們往往采用柔性剪力連接件，如栓釘抗剪連接件。（a）圓柱頭栓釘連接件（a）圓柱頭栓釘連接件（b）槽鋼連接件（c）彎筋連接件圖1.2剪力連接件（3）鋼梁組介梁構(gòu)件在荷載作用卜?產(chǎn)生的剪應力和拉應力主要由鋼梁承擔，能充分發(fā)揮鋼材優(yōu)越的抗拉性能，顯著提高構(gòu)件的強度。同時，在施工過程屮，鋼梁可以用來固定剪力連接件及作為整個組合梁的支撐結(jié)構(gòu)，便丁?施工。我國現(xiàn)在主要采用軋制或者焊接鋼梁，形式有工字鋼、槽鋼或者箱型鋼梁。1.1.2鋼一混凝土組合梁的工作原理及受力特性一般情況卜，剪力連接件布置數(shù)量的不同，會引起組合梁結(jié)構(gòu)在受力時，產(chǎn)生不同的應力狀態(tài)和應變形式，因此，通常將組合梁結(jié)構(gòu)分為兩種：一種是完全抗剪連接組合梁，指在極限狀態(tài)F,組合梁截面所產(chǎn)生的縱向剪力完全由剪力連接件承擔的組合梁；另一種是部分抗剪連接組合梁，指在極限狀態(tài)卜，組合梁截面所產(chǎn)生的縱向剪力不能完全由剪力連接件承擔的組合梁。本文分兩種情況簡述組合梁的工作原理（1）完全抗剪連接組合梁完全抗剪連接組合梁屮配有足夠數(shù)量的剪力連接件，使混凝土翼板和鋼梁能緊密連接在一起，在受荷情況卜?截面僅有一個塑性屮性軸，整個組合梁截面以該軸為界，位丁?該軸以上的部分承受壓力（主要是混凝土翼板），位于該軸以卜?的部分承受拉力（主要是鋼梁），這種截面組成方式能充分發(fā)揮兩種材料的性能，其抗彎承載力相比非組合梁有顯著提咼。組合梁在荷載作用卜?產(chǎn)生的彎矩，由混凝土翼板和鋼梁共同承受（見圖1.3（a））,在受彎狀態(tài)下，其截面的應力分布和應變分布如圖1.3（b）、（c）所示。在組合梁屮鋼筋混凝土翼板可看成是鋼梁的翼緣，兩者通過剪力連接件組成T型梁，與同樣條件F的鋼梁相比其剛度將明顯增人。因此，組合梁具有較好的整體穩(wěn)定性和鋼梁上部受壓翼緣的局部穩(wěn)定性。圖1.3完全抗剪連接紐介梁截面受力特性（2）部分抗剪連接組合梁班相對滑移變形）（a）圖1.3完全抗剪連接紐介梁截面受力特性（2）部分抗剪連接組合梁班相對滑移變形）（a）部分抗剪連接紐介梁截面（b）截面應變分布圖1.4部分抗剪連接紐介梁截面受力特性部分抗剪連接組合梁結(jié)構(gòu)如圖1.4(a)所示，其鋼梁和混凝土翼板Z間的剪力連接件布置相對較少，因而，當荷載作用于組合梁結(jié)構(gòu)上時，將產(chǎn)生兩個塑性屮性軸，但兩者Z間由于剪力連接件的存在又將發(fā)生相互作用，所以，部分抗剪連接組合梁結(jié)構(gòu)的受力性能，介于完全抗剪連接組合梁和非組合梁Z間。在受彎情況F,混凝土與鋼梁Z間的接觸面將發(fā)生相對滑移，截面的應變分布如圖1.4(b)所示。在組合梁結(jié)構(gòu)屮，常用的結(jié)構(gòu)形式有簡支組合梁和連續(xù)組合梁兩種，根據(jù)應用實踐分別討論其受力特性16*41:簡支組合梁組合梁支座截而和跨中截面的內(nèi)力存在很人的差異，因此，應按不同的受力條件分別計算這兩處的承載力。支座截面處，彎矩值為零，剪力值最人，可按純剪條件計算承載力；跨屮截面處，彎矩值很人，剪力值最小，可按純彎曲條件進行承載力計算。在荷載作用F,組合梁結(jié)構(gòu)屮的鋼筋混凝土板和鋼梁能夠共同承受荷載和抵抗變形，充分發(fā)兩種組成材料的有利特性，因而整個結(jié)構(gòu)的承載力明顯高T鋼梁的承載力。在組合梁屮鋼筋混凝土翼板可看成是鋼梁的翼緣，兩者通過剪力連接件組成T型梁，與同樣條件F的鋼梁相比其剛度將明顯增人。因此，簡支組合梁具有較好的整體穩(wěn)定性和鋼梁上部受壓翼緣的局部穩(wěn)定性。連續(xù)組合梁連續(xù)組合梁的負彎矩區(qū)，混凝土因抗拉強度低，在較小的荷載作用F,就因達到極限拉應變而發(fā)生開裂，因此，負彎矩區(qū)主要由板內(nèi)的縱向鋼筋和鋼梁承受荷載作用。在單跨跨屮截面，連續(xù)組合梁屮的鋼筋混凝土板和鋼梁組合成整體共同受力，其受力狀態(tài)與簡支組合梁跨屮截面的受力狀態(tài)相似。在連續(xù)組合梁屮，單跨跨中處最人正彎矩值和屮間支座處負彎矩值都很人。在有些情況F,屮間支座處的負彎矩值還有可能人于單跨跨屮處的正彎矩值，因此，屮間支座處的抗彎承載力遠小于單跨跨屮截面的抗彎承載力。連續(xù)組合梁在支座處的承載力不能簡單的按純剪和純彎條件計算，應考慮正應力和剪應力的組合效應。1.1.3鋼一混凝土組合梁的應用從上個世紀20年代開始，美國、德國、口本等發(fā)達國家開始在橋梁和房屋建筑屮采用鋼一混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，隨著人量工程實踐經(jīng)驗的積

累和III關理論的建立，組合梁得到了各國的重視，何關規(guī)范、規(guī)程及標準也隨即岀臺21。美國基J'-研究基礎和工程實踐，先后出臺了一系列的設計規(guī)范，1944年組合梁的設計部分被納入公路橋涵設計規(guī)范，1946年組合梁設計部分又被納入美國鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范，并在I960年專門為組合梁的設計制定了暫行的建議規(guī)程。德國在二戰(zhàn)后，開始人興土木建設，組合梁因此得以廣泛應用,P1945年和1956年針對組合梁分別出臺了橋梁與房屋建筑中組合梁的設計標準。英國在1965年和1967年分別在房屋建筑和橋梁領域制定了組合梁的相關標準。在我國，組合梁的應用晚歐美等發(fā)達地區(qū)，開始的時間人概是上世紀50年代。最開始我國并沒何對組合梁進行系統(tǒng)的研究，形成何用的理論體系，因而并沒何出臺相應的規(guī)范和標準，直到上世紀80年代，我國學者才開展了一系列的研究和試驗，并取得了重要的成果，并J'*1975年，將組合梁設計部分納入了我國的設計規(guī)范標準Z中。我國經(jīng)濟發(fā)展口新月異，建筑結(jié)構(gòu)形式口漸多樣化,建筑層數(shù)也不斷増多，組合梁結(jié)構(gòu)由丁?其貝有的特性在土木工程領域應用越來越廣泛.并被我國何關規(guī)范廣泛采用。表1.