维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第３３期 ２ ０ ０ ７年１ １月 山 西 建 筑 ＳＨｐ ⅨＩ ＡＲＣＨＩＴＥ（ ＵＲＥ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．３３ Ｎｏｖ．２００７ ・９９・ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）３３－００９９－０２ 钢一混凝土组合梁的发展及研究 熊志斌 熊福康 熊胜平 摘要：对钢一混凝土组合梁结构进行了介绍，较为系统地阐述了钢一混凝土组合梁的发展史、特点、研究方法及其应用 状况，并介绍了有关钢一混凝土组合梁方面值得进一步研究的问题，以推动钢一混凝土组合梁的应用。 关键词：钢，混凝土，钢一混凝土组合梁，发展，研究，应用 中图分类号：ＴＵ３９８．９ 文献标识码：Ａ １发展概述 钢一混凝土组合梁结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础 析基本上按照弹性理论进行分析，并制定了相关的设计规范和规 程，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。 上发展起来的一种新型结构，其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土 １．３ ２０世纪６０年代～８０年代，全面研究，实用阶段 由于钢一混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究 结构和钢结构并列，已经扩展成为第五大结构（组合结构），它是 进 通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的受弯构 工作进一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应 件。在荷载作用下，混凝土板受压而钢梁受拉，充分发挥钢材与 一并广泛重视，研 混凝土的材料特性，实践表明，它兼顾钢结构和混凝土结构的优 用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，点，具有显著的技术经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要 究工作重点也由简支梁研究转而开始了连续梁的研究，由完全剪 发展方向之一，作为组合结构体系中重要的横向承重构件的钢一 力连接转为部分剪力连接；由考虑允许应力设计方法转为考虑极 混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域必将具有广阔的应用前 限状态设计方法；由弹性理论分析转为塑性理论分析。景。其发展过程大致经历以下四个阶段…１。 １．４ ２０世纪８０年代至今，深入研究，推广应用，完善规 范阶段 这一阶段相继出现了预制装配式钢一混凝土组合梁、叠合板 １．１ ２０世纪２０年代～３０年代，萌芽阶段 钢一混凝土组合梁的研究始于１９２２年，Ｍａｃｋａｙ ＨＭ在加拿 大Ｄｏｍｉｏｎ桥梁公司进行了两根外包混凝土钢梁试验，同时英国 组合梁、预应力钢一混凝土组合梁、钢板夹心组合梁等多种新的 新 国家物理实验室也进行了外包混凝土钢梁的试验，随后在３０年 结构形式。同时对组合梁在使用中所产生的问题以及新材料、代中期出现了钢梁和混凝土翼板之间的多种抗剪连接构造方法， 工艺的应用开展了更加细致的研究，并由线弹性向非线性，由平 可以看到处于萌芽阶段的研究主要集中于考虑防火需要的外包 面向空间结构等方面进行了发展。混凝土钢梁及实用连接件的研究，而未考虑两者的组合工作效 ２钢一混凝土组合梁的特点 应，这一阶段探索性的研究为后续钢一混凝土组合梁的蓬勃发展 １）节约材料、降低造价。２）承载力增大。３）刚度大。４）自重 奠定了一定的基础。 轻、施工速度快。组合梁与普通钢筋混凝土相比，可以减少构件 截面尺寸，减轻自重，减少地震作用，降低基础造价，节省支模工 １．２ ２０世纪４０年代－－６０年代，发展阶段 这一阶段是组合梁发展的第二阶段，在这一阶段，许多技术 序，大大地缩短了施工工期。５）降低梁的截面高度和建筑高度。 先进的国家对组合梁开展了比较深入的试验研究，对组合梁的分 ６）稳定性好，延性好。由于受压区的钢筋混凝土板刚度较大，对避 大板中需有双层双向通常设置的普通钢筋，以提高板的延性和防 装修时室内布局的改造，适应市场的要求。３）该结构施工方便， 止预应力反拱引起的开裂。４）在一般建筑中裂缝宽度可放 效益显著，在高层住宅的设计中被广泛采用。 宽取０．２２ ｍｍ。 参考文献： ［１］王先华．预应力技术对建筑结构形成的影响［Ｊ］．山西建筑， ２００５，３１（３）：４３—４４． ６结语 １）无粘结预应力大板结构可有效降低楼层的高度，并可有效 ２］高峰俊．浅谈预应力混凝土结构的产生及防治［Ｊ］．山西建筑， 减小板的厚度，从而减轻整个楼层的重量，综合经济效益明显。 ［２００４，３０（３）：４１—４２． ２）该结构使高层住宅的建筑平面布置更加灵活，并且有利于二次 Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｌａｒｇｅ ｐａｎｅｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＬＩＵ Ｄｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｌａｒｇｅ ｐａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｓ ｗｄｌ ａｓ ｄｅｓｉｎ ｒｅｑｕｉｇｒｅ— ｍＰｘｌｔｓ ｏｎ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｃｇｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｐｔｈ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉａｏｎ ｒｅ— ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｌａｒｇｅ ｐａｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｓｕｍｍａ＿ｒｉｚｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｎ，ｂｅａｒｉｇｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 收稿日期：２００７．０６．２６ 作者简介：熊志斌（１９８３．），男，华东交通大学土木建筑学院结构工程专业硕士研究生，江西南昌３３００１３ 熊福康（１９６８．），男，助理工程师，江西诚达工程咨询监理有限公司，江西南昌３３０００６ 熊胜平（１９７４一），男，助理工程师，江西诚达工程咨询监理有限公司，江西南昌３３０００６ 维普资讯 http://www.cqvip.com ．１００． 努 山西建筑 免钢梁的整体与局部失稳有明显的作用。７）降低冲击系数，抗冲 应用已经显示出良好的经济效益，欧美及日本等发达国家跨度在 击、抗疲劳和抗震性能好。组合梁用于桥梁、吊车梁比钢梁具有 此范围的桥梁，大多数采用组合梁结构形式。组合梁桥具有良好 更好的抗冲击、抗疲劳性能。 的静、动力性能和疲劳性能，因此其在桥梁中的应用必将越来越 ３ 钢一混凝土组合梁的分析、研究方法及应用 ３．１ 分析方法 组合结构的应用和研究至今已有近百年的历史。目前分析方法可以分为解析法、半解析法以及有限元法。 影响。 广泛。在我国如北京国贸桥、上海南蒲大桥、上海杨蒲大桥、深圳 彩虹大桥等。 ４钢一混凝土组合梁有待于进一步研究的问题 １）虽然有限元非线性分析能够较好地预估组合梁的受力行 理的简化计算模型十分必要。 解析法：该法视为精确法，但计算工作量大，难以考虑滑移的 为和极限承载力，但计算工作量大，不便于设计计算，因此建立合 半解析法：该法难以考虑滑移效应对结构刚度性能的折减。 ２）组合梁中滑移对其受力性能有重要的影响。在考虑剪切 有限元法：组合梁更为广泛的是采用有限元分析方法，主要 滑移效应、负弯矩区混凝土开裂、局部与整体稳定等综合因数影 分为３类：１）按空间板壳单元进行完全的三维空间分析；２）按空 响时，结构经历弹性、弹塑性、直至破坏全过程的受力性能的试验 间或者是平面梁计算；３）在普通梁单元基础上考虑滑移，以初等 研究有待深入。 梁节点的６个自由度为基础，增加自由度以考虑组合梁界面滑 ３）大多数组合结构的数值分析模型不考虑剪力连接件滑移 移，按换算后的组合梁截面梁段单元计算。该方法虽然能够考虑 效应，并且忽视几何非线性对结构性能的影响。因此，进一步深 界面滑移的影响，但是难以考虑梁结构其他的变形特征及其对组 化对组合梁塑性、界面滑移以及剪力连接件的研究。研制具有高 合梁性能的影响。 承载力、塑性变形能力强、延性好、可通用性好的连接件。 研穷方法 行相应的理论研究，归纳起来他们的研究方法主要为以下三种： 线弹性方法，它假设组合梁的三部分都处于材料的线弹性阶段。 刚塑性法：与上述方法相对，Ｙａｍ和Ｃｈａｐｍａｎ提出了刚塑性 ４）到目前为止，关于组合梁扭转刚度的计算还没有明确的结 ５）研究开发新的结构体系。例如预应力钢一混凝土组合梁、 构。提高组合梁在大空间及大跨度中的应用水平。 ６）组合梁在复杂应力状态下的性能与设计方法、组合梁的截 组合的发展过程中，国内外的许多学者大多以实验为基础进 论，因此建立合理的组合梁扭转刚度的简化计算公式也十分必要。 线弹性法：该法是由Ｎｅｗｍａｒｋ，Ｓｉｅｓｓ和Ｖｉｅｓｔ提出的经典的 钢箱一混凝土组合梁、钢管混凝土一钢箱混凝土组合梁等新的结 分析法，该方法考虑三部分完全塑性，主要用于计算组合梁的极 面优化、温度、徐变、收缩效应、组合梁的整体工作性能、组合梁的 限承载力 、 可靠度、耐久性、抗疲劳等方面的研究。 工程实践表明，由于钢一混凝土组合梁兼有钢结构和混凝土 混合法：在工程实践中，上述两种方法都体现了应用的局限 ５ 结语 性，鉴于此，Ｏｅｈｌｅｒｓ和Ｓｖｅｄ提出了一种“混合法”，该方法在考虑连 接件塑性的同时，认为组合梁中钢梁和混凝土翼板是完全弹性的。 结构的优点，它能够适应现代工程向大跨度、高耸、重载发展的需 ３．３ 组合梁的应用 要，符合现代化施工技术的工业化要求，因而被广泛地应用于各 高层建筑：钢一压型钢板混凝土组合结构在高层建筑中的应 种结构工程中，并已取得良好的经济效益、社会效益和建筑效果。 用不断发展，压型钢板组合楼盖的施工速度快，节省模板，并且可 随着理论研究的深入和完善，新型施工工艺的产生和高性能材料 以降低梁的高度，从而增加建筑层高，具有优越的综合经济效益。 的应用，其应用范围将不断扩大，将是结构工程学科的一个重要 如深圳赛格广场、上海世界贸易大厦、金贸大厦、东莞健升大厦、 的发展方向，将大大地推动组合梁的应用，而更多、更广泛的工程 北京国际技术培训中心等超高层建筑的楼板均采用压型钢板组 应用也必将进一步推动组合梁的深入研究和发展。 合楼盖。 跨越比较大的跨度，在大跨度的公共建筑中具有广阔的应用前 ２２．７５ ｍ的大跨度高空结构。 参考文献： 北京：北京科学出版社，２００５． 煤炭工程，２００５（２）：８４—８５． 大跨公共建筑：钢一混凝土组合梁的一个显著优点就是能够 ［１］聂建国．钢一混凝土组合梁结构——试验、理论与应用［Ｍ］． 景。如福建省会堂国际会议厅楼盖为跨度３５ ｍ，开间８ ｍ，标高 ［２］王尧燕，潘朝阳，杨 军．钢一混凝土组合梁之设计体会［Ｊ］． 工业建筑：早在２０世纪６０年代钢一混凝土组合梁就开始应 ［３］聂建国，余志武．钢一混凝土组合梁在我国的研究及应用［Ｊ］． 用于我国的工业建筑中，尤其是电厂的平台结构，需要大量的预 土木工程学报，１９９９，３２（２）：３－８． 埋件，采用组合结构不仅具有优良的结构性能而且还可以减少预 ［４］钟善桐．钢一混凝土组合结构在我国的研究及应用［Ｊ］．钢结 埋件的数量。如横山电厂电炉平台，节约钢材２０％左右，现已使 构，２０００，１５（４）：４１—４６． 用４０多年效果很好。再如１９８８年开始建设的国家重点建设项 ［５］肖辉，李爱群，陈丽华，等．钢与混凝土组合梁的发展、研究 目——太原第一热电厂五期工程等。 桥梁结构：组合梁结构在中等跨度（３０ ｍ～１００ ｍ）桥梁中的 和应用［Ｊ］．特种结构，２００５，２２（２）：３６—３７． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｅｅｌ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ ＸＩＯＮＧ Ｚｈｉ・ｂｉｎ ＸＩＯＮＧ Ｆ￣－ｋａｎｇ ＸＩＯＮＧ Ｓｈｅｒｔｇ－ｐｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆ ｃｏｍｐｏｓｉｏｔｅ ｂｅａｍｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅ ｗｈｉｃｈ ｄｅｓｅｒｖｅｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｅａｍｓ，ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｅｅ１．ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｅａｍｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｐｒａｃｔｉｃｅ
