柱边带缝隙的钢混凝土组合梁的研究与应用前景

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1、第t屑伞国现代结构工程学术研讨会柱边带缝隙的钢一混凝土组合梁的研究与应用前景陈兰段利文f华南理工A学建筑学院，广州5106引)摘要：针对传统钢一混凝土组合粱的一些缺点，介绍一种新型柱边带缝隙的组合梁的特点及其试验研究，给出了基于试验研究的这种新型组合粱的设计建议。关键词：组合梁．桂边带缝隙．反复周期荷载，反复应变一、刖舌钢一混凝土组合粱(以下简称组合梁)是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁·通常其肋部采用钢梁，翼板采用混凝土板，两者问用抗剪连接件连成整体。钢一混凝土组合梁充分利用钢(抗拉)和混凝土(抗压)的特点，形成强度高、刚度大、延性好的结构形式。由于组合粱不仅

2、可以满足结构的功能要求．而且还具有良好的技术经济效益．所以在建筑及桥梁结构领域的到了广泛的应用。二、柱边带缝隙的组合梁的研究背景目前．组合粱按照组合的形式不同，主要有以下几种形式：型钢一混凝土组合梁、新型外包钢一混凝土组台粱、钢管混凝土一钢箱组合粱、轻钢一混凝土组合粱、冷弯u型钢一混凝土组合粱，新型钢一闭口压型钢板混凝土组合梁。从相关文献及实际工程中可以看出，尽管钢混凝土组合梁有很多优点，但也存在不少问题。相对本文介绍的新型组合梁，传统组合梁主要有以下三个不足：(1)传统组合梁一般不能用于连续结构，在承受负弯矩时，将使混凝土翼缘受拉而出现裂缝。(2)传统的组合梁的弹性、塑性弯

3、曲刚度在正弯矩和负弯矩的作用下有很大的不同，这增加了应力分析的复杂性。另外．在实际设计过程中利用等效弯曲刚度会降低应力分析的精度。(3)由于正向弯曲时组合梁的中和轴往下移动，组合粱的下翼缘受到很大的反复应变一这被认为是1995年神户地震时，组台梁下翼缘出现断裂的原因。‘鉴于传统组合梁的这些缺点，国外的一些学者提出了桂边带缝隙的这种新的组合粱形式，并对其做了试验研究，以期望能解决传统组合梁存在的一些问题，并且提出了一些有关这种组合梁的设计建议。三、柱边带缝隙的新型钢一混凝土组合梁的研究及设计建议(一)柱边带缝隙的组合集的试验研究柱边带缝隙的组合梁的特点是在柱与混凝土板的交界处留

4、有缝隙，使得组合粱的两端形成一个非组合区域即在梁端有一个纯钢梁段，缝隙里面一般用抗火材料填充。这种组合粱的截面形式如图1。对于这种柱边带缝隙的组合粱在反复周期荷载作用下的滞回特性国外已经有了一些研究。Plumier．Hwang，DoneuxandP”ung等学者做了这方面的试验研究。这些研究发现，在地震荷载作用下，板在整个组合框架中起到了传递弯矩的作用。11seungyarIg，YasuhisaTagaWa等学者通过试验得到了这种柱边有缝隙的铡一混凝t组合梁的滞回特性，并且与传统的组合粱做了～些比较。其试验模型如图2。1816工I业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研

5、讨会图1柱边带缝隙的钢～混凝土组合梁(a)柱边带缝隙组合粱分析模型(b)传统组合梁分析模型图2试验的组合梁模型、Ilseungy∞g等的试验证明这种拄边带缝隙的组合粱具有饱满的滞回曲线，而且它既有传统的组合梁的优点即具有很高抗弯刚度和强度，又克服了传统的组合粱转动能力不足的缺点。具体表现在以下几个方面：(1)传统的组合粱有很高的强度和刚度，也有比较好的变形能力。但是，当组合粱的转动比较大时，钢粱的下翼缘会屈曲和断裂．混凝土板也会出现弯曲裂缝，临近柱的那部分混凝土被压碎。与传统的组合粱相比，达到相同的转角时．这种新型的组合梁不会出现F翼缘断裂或屈曲的现象。(2)在负弯矩作用下，

6、这种新型组合粱的强度可以稳定的提高而不会在钢梁的下翼缘出现裂缝，它的承载力也可以一直增加．直到加载到下翼缘出现局部屈曲时才会开始降低。(3)在循环加载(反复正负弯矩作用)时，新型组合粱中的钢梁下翼缘的应变中心不会发生大的偏移，而传统的组合梁的钢粱下翼缘的应变中心会偏向正应变方向，因此钢梁的下翼缘不会有传统的组合粱那么大的反复应变。(4)这种新型组合梁可以避免由于柱边混凝土板的压碎而导致伴随强度退化的滞回特性。‘值得注意的的是，由于柱在抵抗混凝土板与钢梁之间的滑移方面起了很大的作用，而这种在柱边设了缝隙的新型的组合粱的抗滑移能力会比传统的组合梁弱～点，所以在设计时要选择合适的抗

7、剪连接件提高其抗滑移能力，以便使得这种组合粱的优点能得到充分发挥。(二)柱边带缝隙的组合粱的设计建议根据试验结果，下面给出一些有关这种新型缀合粱的设计建议。这些建议充分考虑了传统组合梁的强度、刚度优势和纯钢粱的延性。其具体内容如下：。1、材料。对材料没有特殊的要求，用于普通钢结构和钢筋混凝土结构的材料均可应用到这种组合梁中。2、柱边带有缝隙的新型组合粱有很好的延性，即使用槽型抗剪连接件代替抗剪栓钉，仍然具有比较好的延性。这种组合粱也有足够的抗弯刚度和很好的抵抗局部屈曲、侧向失稳的能力。3、晟小缝隙宽度的