钢-混凝土组合梁在我国的研究及应用

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1、第３２卷第２期１９９９年４月土木工程学报ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ钢一混凝土组合梁在我国的研究及应用聂建国佘志武（清华大学）（长沙铁道学院）Ｖ０１．３２Ｎｏ．２Ａｐｒ．１９９９１引摘要近年来，钢一混凝土组合梁结构在我国发展很快，在建筑和桥梁结构等领域已经得到越来越多的应用，取得了显著的技术经济效益和社会效益。本文较为系统地阐述组合梁在我国的研究和应用情况，并指出了有关钢一混凝土组合梁方面值得进一步研究的问题。关键词钢一混凝土组合梁研究应用言钢一混凝土组合结构是在钢

2、结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。同钢筋混凝土结构相比，可以减轻自重，减小地震作用，减小构件截面尺寸，增加有效使用空间，降低基础造价，节省支模工序和模板，缩短施工周期，增加构件和结构的延性等。同钢结构相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，增强结构抗火性和耐久性等。近年来，钢一混凝土组合结构在我国的应用实践表明，它兼有钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，适合我国基本建设的国情，将成为结构体系的重要发展方向之一。作为组合结构体系中重要横向承重构件的钢

3、一混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域具有广阔的应用前景。限于篇幅，本文将重点介绍钢一混凝土组合梁结构在我国的研究和应用情况。２钢－混凝土组合梁在我国的研究概况钢一混凝土组合梁结构在美国、日本、欧洲等发达国家已经得到了较广泛的应用。但是，组合梁在我国的研究起步比较晚。在我国改革开放以前，虽有少数工程曾经应用过钢一混凝土组合梁，但当时未考虑组合效应而仅仅把它作为强度储备提高安全度或者是为了方便施工而已，当时我国有关设计规范都未涉及钢一混凝土组合梁的设计内容。１９７８年以来，原郑州工学院、原哈尔滨建筑工程

4、学院、山西省电力勘测设计院、华北电力设计院和清华大学等单位曾先后对钢一混凝土组合梁进行了研究和应用，取得了一系列具有重要理论意义和实用价值的成果。剪力连接件是保证钢梁和混凝土翼缘形成组合梁共同工作的关键元件。８０年代初，我国尚没有栓钉焊接设备，应用组合梁不得不采用较早期的连接件型式——槽钢和弯筋连接件。１９８３年开始，郑州工学院对槽钢连接件进行了较为系统的试验研究，得到了槽钢剪力连接件的破环形态、极限承载力计算公式和极限承载力上限值等［１］。哈尔滨建筑工程学院从１９８４年开始对弯筋连接件进行了较系统

5、的试验，发现弯筋处于拉一剪复杂受力状态，钢梁与混凝土板之间的摩擦作用不能忽略，其承载力均超过钢筋的极限抗拉强度Ａ。ｆ．【２Ｊ。１９８４年开始，郑州工学院、冶金部建筑科学研究院等曾先后研制出国产栓钉焊接设备，为栓钉连接件的推广应用奠定了基础。郑州工学院从１９８６年开始通过推出试验对栓钉剪力连接件进行了较系统的研究ｂＪ。这些成果在当时为制订我国＜钢结构设计规范》（ＧＢＪｌ７—８８）有关剪力连接件设计计算的条文提供了依据。１９８０年，郑州工学院进行了２根采用槽钢剪力连接件的钢一混凝土简支组合梁试验，证明截

6、面变形近似符合平截面假定ＨＪ。１９８４年，哈尔滨建筑工程学院对采用弯筋剪力连接件的组合梁进行了试验研究和理论分析。这一阶段的试验主要是验证性的，证明国外规范采用简化塑性方法设计组合梁是可行的。从８０年代中期开始，郑州工学院、清华大学等单位对采用栓钉剪力连接件的钢一混凝土组合梁进行了深入的试验研究和理论分析，包括抗弯承载力、刚度、滑移效应、纵向抗剪和栓钉连接件的实际抗剪承载力、混凝土板纵向抗剪计算方法等，提出考虑滑移效应的钢一混凝土组合梁变形计算的折减刚度法，并建立了考虑滑移效应的组合梁截面刚度和抗弯

7、强度的简化实用计算公式［５’６Ｊ。组合梁计算的现行换算截面法不能考虑钢梁收稿日期：１９９８－－０９－１１・４・土木工程学报１９９９链与混凝土翼缘交界面之间的滑移效应，导致变形计算值偏小。折减刚度法对组合梁计算分析的换算截面法进行了改进，由于换算截面法是现行组合梁计算理论的重要内容，因此折减刚度法是对组合梁计算理论的发展。建立的考虑滑移效应的组合梁长期刚度计算公式，同时考虑了混凝土徐变和混凝土收缩的影响１７Ｊ。建立的组合梁纵向抗剪计算公式Ｌ８』，为组合梁的横向钢筋设计提供了依据。我国现行《钢结构设

8、计规范》中关于栓钉剪力连接件抗剪设计承载力计算公式过分保守，导致栓钉连接件用量偏多，组合梁造价偏高，施工不便，清华大学通过对组合梁中栓钉剪力连接件实际抗剪承载力的研究，提出放宽其抗剪承载力上限值的建议［９］，使栓钉用量比按照现行规范的要减少４０％以上，成果经受了工程实践的检验¨u24341X。在试验研究的基础上还建立了组合梁的极限变形和延性指标计算公式ｕ１。。１９９５年开始，清华大学等单位对部分剪力连接组合梁进行了试验研究，对现有部分剪力连接组合梁的抗弯强度和挠度计