結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 cha23

第五篇鋼—混凝土組合構(gòu)件

組合構(gòu)件是指兩種或多種不同材料結(jié)合成整體而共同工作的構(gòu)件，如鋼—混凝土組合構(gòu)件是采用鋼材和混凝土或鋼筋混凝土組合，并通過可靠措施使之形成整體受力的構(gòu)件。鋼和混凝土在截面上通過合理布置，以充分發(fā)揮兩種材料的特性，它將具有承載能力高、剛度大、延性好、節(jié)約鋼材、降低造價、施工方便等優(yōu)點，因此具有良好的技術(shù)經(jīng)濟效益，在土木工程中，特別是橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。

在工程中，采用的鋼—混凝土組合構(gòu)件，有鋼與混凝土組合梁、鋼管混凝土組合柱、壓型鋼板與混凝土組合板、型鋼混凝土組合構(gòu)件、外包鋼混凝土構(gòu)件等五大類。本篇主要介紹鋼—混凝土組合梁和鋼管混凝土受壓構(gòu)件的受力特性及計算原理。第二十三章

鋼—混凝土組合梁23-1概述

一、鋼板梁橋的分類及受力特性1.鋼板梁橋的組成：鋼板梁橋一般由橋面系、鋼板梁和支座組成上部承重結(jié)構(gòu)。橋面系一般在主梁之上布置鋼板或鋼筋混凝土板，直接承受車輛荷載作用。2.組合梁和非組合梁受力特點：（1）非組合梁：當(dāng)鋼筋混凝土板擱置在主梁上時，板沿板跨方向受彎并把荷載傳給主梁，而主梁沿梁的縱向受彎，二者工作方向互相垂直，板與梁的接觸面發(fā)生相對滑移，沿主梁的跨度方向產(chǎn)生的彎矩分別由板和主梁承擔(dān)，在二者的截面上分別產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。（2）組合梁：如果在鋼梁與鋼筋混凝土板的接觸面上采取可靠的構(gòu)造措施，把板和主梁緊密相連形成整體—組合梁板不但沿板跨方向受彎，而且在梁的跨度方向與梁一起共同受彎，板屬于雙向受彎構(gòu)件。這時鋼梁與鋼筋混凝土板的截面形成一個具有共同中和軸的整體截面，其剛度、抗彎承載力將大大增加。二、組合梁的截面型式型鋼組合梁焊接鋼板組合梁（無承托）焊接鋼板組合梁（有承托）箱形截面組合梁三、鋼—混凝土組合梁的優(yōu)點：（1）受力合理。（2）抗彎承載力高。（3）梁的剛度大。（4）整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性好。（5）施工方便。（6）組合梁橋在活荷載作用下比全鋼梁橋的噪聲小，在城市中采用組合梁橋更為合適。23-2鋼一混凝土組合梁的計算原理23-2-1受壓混凝土板的計算寬度

組合梁中鋼筋?昆凝土橋面板的計算寬度(如圖)，采用下列三種寬度中的最小者：(1)梁的計算跨徑的1/3；(2)相鄰兩梁軸線間的距離；(3)承托的寬度(如無承托時，則為鋼梁上翼緣的寬度)加12倍的板厚度h'f，即b1+12h'f23-2-2換算截面當(dāng)鋼—混凝土組合梁按彈性理論法計算時（JTJ025-86采用此方法），采用了以下假定：(1)鋼材與混凝土均為理想的彈性體；(2)鋼筋混凝土板與鋼梁之間有可靠的連接，相對滑移很小，可以忽略不計，彎曲變形后截面仍保持平面；(3)鋼筋混凝土板按計算寬度內(nèi)全部面積計算，可不扣除其中受拉開裂部分；(4)忽略鋼筋混凝土板中鋼筋和承托的作用。按照彈性理論計算原則，組合梁的應(yīng)力及剛度計算，一般采用材料力學(xué)方法。由假定（2）保持混凝土板的換算截面厚度與原截面厚度不變，則板的換算寬度：混凝土面積換算面積不直接承受動力荷載的組合梁可按塑性理論計算（GBJ17-88）（1）中和軸在翼板：（2）中和軸在鋼梁內(nèi)：試推導(dǎo)公式提示：1）由力平衡求受壓鋼梁面積。3）由對某點矩求正截面極限抵抗矩。2）求各合力間距。23-2-3組合梁的施工方法：（1）澆筑或安裝鋼筋混凝土板時，鋼梁下不設(shè)臨時支撐施工驗算分兩個階段：1）全部荷載（混凝土、模板、施工機械及人員等）由鋼梁承受。2）二期荷載由組合梁承受。（2）澆筑或安裝鋼筋混凝土板時，鋼梁下設(shè)支架或臨時支撐23-2-4溫差、混凝土收縮及徐變對組合梁的影響1）溫差的影響

鋼和混凝土溫度線膨脹系數(shù)差別不大，即溫度變形是協(xié)調(diào)的。

但二者的導(dǎo)熱性能相差很大，當(dāng)環(huán)境溫度突然變化時，鋼材的溫度很快接近環(huán)境溫度。而混凝土導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼材的1/50左右，對環(huán)境溫度反映慢。因此組合梁的鋼板與混凝土板之間產(chǎn)生了溫度差異。在露天條件下，氣溫突變15°C，板間溫差約為10°C。這樣，相當(dāng)于鋼梁給混凝土板底面水平軸向推力T，混凝土板給鋼梁頂部水平軸向壓力T。變形協(xié)調(diào)：水平力2）混凝土收縮的影響

組合梁中混凝土收縮的影響類似于溫度影響。混凝土收縮應(yīng)變：

因此，分析收縮應(yīng)力時仍然可用上式求得T，再計算應(yīng)力。但混凝土收縮不是一次完成的，必須考慮徐變的影響。即用考慮徐變影響的有效彈性模量Ece取代Ec--整體澆筑取15~20°C，分