工字钢-混凝土组合梁研究综述.pdf

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1、器基础与结构工程FOundation&StructureEnginee—ng工字钢一混凝土组合梁研究综述张静(北京中咨工程设计研究院有限公司，北京100029)摘要：近几十年来．工字钢一混凝土组合结构发展很快，在桥梁及建筑等领域已经得到广泛应用，取得了显著的技术经济效益和社会效益。综述了工字钢一混凝土组合梁在国内外的研究状况，并结合我国桥梁建设情况，提出了在工字钢一混凝土组合梁方面值得进一步研究的问题。关键词：桥梁工程；组合结构；工字钢一混凝土组合梁中图分类号：7IU398．9文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)叭一0130—0

2、5ResearchReviewofI—steelandCo眦reteCompositeBeams工字钢一混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。它是由外露的工字形钢与钢筋混凝土板通过剪力键连接形成的一种组合结构。这种组合结构充分利用了钢材和混凝土各自的材料性能，具有承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、构件截面尺寸小、施工快速方便等优点。近几十年来，工字钢一混凝土组合结构发展很快，应用实践表明．这种组合结构能够满足现代结构对功能的要求．具有显著的技术经济效益和社会效益，已成为结构体系的重要发展方向之一。作为组合结构

3、体系中重要横向承重构件的工字钢一混凝土组合梁在桥梁结构及建筑结构等领域具有广阔的应用前景。1工字钢一混凝土组合梁研究概况1．1工字钢一混凝土组合梁抗剪连接件研究抗剪连接件是保证工字钢与钢筋混凝土翼板协同工作的关键原件。目前，栓钉是最常用的抗剪连接件。栓钉抗剪承载力主要通过试验确定，常用的试验方法有推出试验和梁式试验两种，推出试验方法简便，为此被广泛应用且被作为制定规范的依据。目前国内外对抗剪连接件的研究主要包括静力和动力两方面。1．1．1静力试验研究瑞士在20世纪30年代最早进行了钢一混凝土组合梁中机械连接件的相关研究⋯。在随后的几十年里，各国以

4、推出试验方法对栓钉连接件的受力性能进行了深入、系统的研究．得出了栓钉连接件受剪承载力130辛荭投木2014No．1(Jan．)VoI．32的设计公式【1-21。1988年，我国GBJ17—1988《钢结构设计规范》首次引入了钢一混凝土组合梁设计的内容，其中给出了相应的栓钉连接件受剪承载力的设计公式(3J。之后，聂建国等(4】对栓钉抗剪连接件的实际承载力进行了研究，试验表明栓钉抗剪连接件的实际承载力比推出试验结果要高，为此提出了放宽对栓钉连接件承载力公式限制条件的建议。2003年新修订的GB50017—2003《钢结构设计规范》‘5】采用了此项建议

5、，对栓钉承载力计算公式的上限值进行了较大幅度的修正。自1996年以来，胡少伟【6】对复合弯扭下工字钢一混凝土组合梁栓钉连接件进行了研究，提出了复合受扭作用下组合梁的抗剪连接件简化设计计算方法和分析计算公式，并推出了抗扭组合梁的抗剪连接件的设计程序。1．1．2动力试验研究在桥梁结构承受动力荷载的情况下，工字钢一混凝土组合梁的疲劳破坏在很多情况下是由栓钉的剪切破坏造成的．为此各国学者对抗剪连接件的疲劳强度及疲劳寿命开展了大量研究。自1966年以来，对栓钉抗剪连接件疲劳性能的研究主要集中在以下几个方面【1】：1)采用推出疲劳试验对栓钉的疲劳性能进行研究

6、，并建立了基于可靠性分析基础上的重复荷载作用下的栓钉疲劳承载力计算公式。2)通过对单向循环和反向循环加载的大量推出试验结果的研究．得到了每次疲劳循环加载引起的残余滑移变形量。3)通过总结大量的静力和疲劳试验数据，采用回归分析的方法对栓钉疲劳强度进行研究．并得出了相应的计算公式。4)通过对推出试件进行不同荷载幅下的疲劳试验，对栓钉疲劳寿命的主要影响因素、疲劳破坏的形态以及栓钉的疲劳寿命与剪力幅的关系进行研究，认为剪应力幅是影响栓钉疲劳寿命的主要因素：疲劳破坏形态主要有3种情况．即焊缝处母材被栓钉撕裂、栓钉焊缝半边拉脱母材和钉杆靠近焊缝处断开：并得出

7、了栓钉疲劳寿命与剪力幅的关系式。1．2工字钢一混凝土简支组合梁基本性能研究工字钢一混凝土简支组合梁自20世纪20年代出现以来已有80余年的历史，在这期间．各国学者对其基本性能展开了大量深入、系统的研究，研究内容主要集中在2大方面：一是静力性能方面的研究；二是动力性能方面的研究。1．2．1静力性能研究1)抗弯承载力及变形研究最初．工字钢一混凝土简支组合梁抗弯承载力的计算采用弹性理论的换算截面法。换算截面法假定钢与混凝土2种材料均为理想弹性体，两者连接可靠，完全共同变形。通过弹性模量比将2种材料换算成1种材料进行计算。该方法使用简便，一直作为弹性分析

8、和设计的基本方法而被各种设计规范所采用【1’3’5】。但是，梁在实际受力过程中，材料并非为理想弹性体；且栓钉连接件本身会变形，2种材料并