钢与混凝土组合梁
钢混凝土组合梁的概念
钢混凝土组合梁的概念钢混凝土组合梁是由钢材和混凝土两种材料组合而成的一种结构梁。
钢混凝土组合梁的构造形式主要是将钢材和混凝土分别进行布置，使它们的特点互补，并使结构体系具有更优化的力学性能。
本文将从钢混凝土组合梁的概念、组成材料、优点及应用等方面展开论述。
钢混凝土组合梁的组成材料包括钢材和混凝土，它们各自具有不同的特点和性能。
钢材具有良好的延伸性、可塑性和抗拉性能，能够承受较大的拉力；而混凝土则具有良好的抗压性能，能够承受较大的压力。
通过将两种材料结合起来，钢混凝土组合梁的弯曲性能得到了优化，同时还能够提高梁的承载能力和抗震性能。
钢混凝土组合梁的优点主要体现在以下几个方面。
首先，它能够充分发挥钢材和混凝土的优点，兼顾了钢结构和混凝土结构的特点，大大提高了结构的整体性能。
其次，由于混凝土的抗压性能较好，钢混凝土组合梁在受力时能够充分发挥混凝土的抗压能力，减小了钢材的受力范围，从而降低了钢材的使用量。
此外，钢混凝土组合梁还具有施工方便、经济性好、耐久性高等优点，因此得到了广泛的应用。
钢混凝土组合梁在实际工程中有着丰富的应用。
首先，在建筑领域，钢混凝土组合梁常用于大跨度建筑和高层建筑的结构设计中。
由于钢混凝土组合梁具有较高的承载能力和抗震性能，能够满足大跨度结构的要求，因此得到了广泛的应用。
其次，在桥梁工程中，钢混凝土组合梁也被广泛应用于桥梁梁面的设计中。
由于钢混凝土组合梁具有较好的耐久性和抗腐蚀性能，能够适应各种恶劣的自然环境，因此在桥梁工程中的应用十分广泛。
钢混凝土组合梁在实际工程中的设计和施工过程需要注意一些关键技术。
首先，在梁的设计过程中，需要合理确定钢材和混凝土的布置方式、尺寸和截面形状。
其次，在施工过程中，需要保证钢材和混凝土之间的良好粘结和协同工作。
此外，还需要注意钢材和混凝土在使用过程中的变形和应力分布情况，以保证梁的整体性能。
因此，在钢混凝土组合梁的设计和施工过程中，需要充分考虑各个方面的因素，最大程度地发挥钢混凝土组合梁的优点。
钢-混凝土组合梁
目前实际工程应用中，钢－混凝土组合梁一般采用栓钉作为剪力连接件。该工程针对阿克苏地区以前没有采用过组合梁，栓钉焊接质量不易保证，故改用槽钢剪力连接件。但是，《钢结构设计规范》（GBJ17－88）以及《钢－混凝土组合结构设计与施工规程》（DL/T5085－1999）规定槽钢肢尖的方向应该沿槽钢受剪力方向。这容易使设计人员和施工人员搞混，造成不必要的负担。研究表明：槽钢肢尖的方向对槽钢剪力连接件的抗剪性能并没有明显的影响，所以在即将颁布的新《钢结构设计规范》中将取消这一规定，这大大方便了设计和施工。槽钢剪力连接件的计算简图如图5所示。
求得等价的钢梁截面后，可以按照材料力学的方法来计算截面的抗弯承载力。设换算后截面的惯性矩为 I换算，换算截面形心轴距离钢梁底部为y 换算，组合梁总高为y换算作用在截面上的弯矩为M，剪力为，则钢梁底部纤维和混凝土翼缘板最高处的正应力和剪应力分别为：
而组合梁挠度的计算，则按照换算截面惯性矩计算组合梁截面刚度后，再由结构力学的方法计算梁刚度大，变形小，经济技术效益显著，目前在国内得到了越来越广泛的应用。阿克苏市采用钢－混凝土简支组合梁跨越胜利渠，作为支承热力管线的跨渠桥梁，相对钢筋混凝土桥可以大大减轻自重，节省支模工序和模板，缩短施工周期；相对钢桥，可以减小截面高度，提高截面承载力，减小用钢量，增大截面刚度，增强结构的耐久性。特别是新疆南疆地区干旱少雨对钢结构腐蚀性小，养护费用少，钢结构施工时便于拼装焊接可减少吊装设备等特点,因此，采用钢－混凝土组合梁是一个比较优秀的结构方案。
钢－混凝土组合梁计算原理
在钢－混凝土组合梁弹性分析中，采用以下假定：1、钢材与混凝土均为理想的弹性体。2、钢筋混凝土翼缘板与钢梁之间有可靠的连接交互作用，相对滑移很小，可以忽略不计。 3、平截面假定依然成立。4、不考虑混凝土翼缘板中的钢筋。 钢－混凝土组合梁弹性分析采用换算截面法。如图3所示，(a)表示换算前截面，(b)表示换算后截面。换算截面法的基本原理是：混凝土翼缘板按照总力不变及应变相同条件，换算成弹性模量为Es、应力为бs的与钢等价的换算截面面积。具体计算时，为了混凝土截面重心高度换算前后保持不变，换算时混凝土翼缘板厚度不变而仅将翼缘板有效翼缘宽度be除以α E（钢材弹性模量与混凝土弹性模量的比值），得到图3(b)。
钢-混凝土组合梁设计
腹板
Aw=286x8=2288
A=Aft+Afb+Aw=4208 Ybs=134.06;Yts=165.94 Is=55.68e4
借助Excell计算
弯矩 剪力 钢梁顶A 钢梁腹板上端B 钢梁中性轴处C 钢梁腹板下端D 钢梁底E
Байду номын сангаас
Is
ys
So
5.57E+07
-165.9 -159.9
4.3.1 EC4的桁架模型(***)
叠合面的剪力Vl 混凝土斜压杆的压力De 横向钢筋的拉力Ts
（1）混凝土开裂前：混凝土斜压杆破坏
（2）混凝土开裂后：裂缝间混凝土的咬合力 ，横向钢筋的销栓力，压型钢板的抗剪力
4.3.2 《钢-混凝土组合结构设计规程》DL/T5085-1999
1.9 设计实例
（1）施工阶段设计
（1.1） 荷载计算 钢梁截面：上翼缘120x6；下翼缘150x8；腹板286x8 厚90；宽3000 施工荷载1kN/m2
（1.2） 内力计算
跨度3.5m 支座截面弯矩
1/8ql2
支座反力
3/8ql
上翼缘
Aft=120x6=720
下翼缘
2.5.2 竖向抗剪连接承载力计算方法2：考虑混凝土翼板
2.6 设计实例：塑性理论设计
例7-1
（1）施工阶段按弹性理论
跨度为3.5m的两跨连续梁 已计算，满足要求
（2）使用阶段：塑性理论
跨度为7m的简支梁，不必考虑荷载路径
荷载计算 判断中性轴位置 截面承载力
（1）荷载计算
不必在计算混凝土翼板的抗剪贡献
截面应变分布？？？
2.4.1 部分抗剪连接承载力计算方法1：钢结构设计 规范
钢与混凝土组合梁
件和施工费用。
（４）组合梁的挠度计算（主要是考虑滑移效应的
折减刚度的计算方法）。
11.2 一般规定
压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件
与钢梁连接组合成整体后，钢梁与楼板成为共 同受力的组合梁结构。 组合梁的组成及其工作原理 压型钢板组合梁通常由三部分组成，即： 钢筋混凝土翼板、抗剪连接件、钢梁。
钢与混凝土组合梁
重庆大学土木工程学院 崔 佳
11.1 组合梁的应用和发展
组合梁的应用开始于本世纪（20世纪）20年
代 ，我国从50年代开始开展组合梁的研究和应用。
最初主要用于桥梁结构，自80年代以来，由于在多 层及高层建筑中更多地采用了钢结构，使得组合梁 在建筑结构领域也得到了长足的发展。 在设计方法方面，大约在60年代以前，组合梁
正弯矩作用下，组合梁的塑性中和轴可能位于钢
筋混凝土翼板内，也可能位于钢梁截面内，计算时分
两种情况考虑。
（1）当塑性中和轴位于混凝土受压翼板内 ，即
Afbcehcfc时：
M bce xfc y
Af x bce f c
（2）当塑性中和轴位于钢梁截面内即Af > bcehcfc 时:
M bce hc f c y Ac f y1
梁或钢筋混凝土连续梁，其弯矩重分布的程度较高，
且在正常使用极限状态弯矩重分布就有很大发展。 因此，计算混凝土翼板中纵向钢筋时，应当考虑弯 矩重分布的影响。 由荷载效应标准组合计算的负弯矩区钢筋应力
可以按下式计算：
M k yr r I
由纵向钢筋与钢梁形成的钢截面的惯性矩
Mk—由荷载效应标准组合计算的截面负弯矩：
中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接，能保证钢筋
应力的充分发挥，忽略混凝土抗拉强度的贡献。
钢与混凝土组合梁的类型
图 1 组土组合梁除了使用已久的外包混凝土组合梁(其设计属于钢筋混凝 土结构范围，常称劲性钢筋混凝土梁)外，通常有下列类型： (1) 工形截面组合 ——其主要型式如图 1a、b、c，由于面板混凝土主要受 压，一般应加强工形截面受拉下翼缘。图 1d 的的型式将工形截面上翼缘伸入混 凝土面板中，可不再设置连接件，由于不经济主应用较少。图 1e 是设置板托的 型式，板托使支模困难，但带来不少好处：加大了梁高，把钢梁顶皮下移，使其 更接近截面中和轴，从而减小钢梁压应力或使其完全受拉，板厚较小时为设置连 接件提供空间等。 (2) 箱形截面组合梁(图 1f)——常用于桥梁结构，承载力和刚度较大。
钢与砼组合梁计算
钢与砼组合梁计算钢与混凝土组合梁是一种常用于建筑和桥梁结构中的梁。
它由一块钢板和一块混凝土板组成，这种结构使得梁具有更好的承载能力和抗弯刚度。
以下是钢与混凝土组合梁计算的一般步骤。
1.确定梁的截面形状和尺寸。
根据设计要求和荷载条件，选择合适的梁截面形状，如矩形、T型或箱形梁，并确定梁的净高、有效宽度和厚度。
2.计算混凝土梁的自重。
根据混凝土的密度和梁的净高、有效宽度、厚度来计算混凝土的自重，并与设计荷载进行比较。
3.计算混凝土梁的弯矩承载力。
根据混凝土的弯矩-曲率曲线和挠度极限的要求，计算混凝土组合梁的弯矩承载力，并进行比较。
4.计算钢梁的弯矩承载力。
根据钢材的强度和弯矩-曲率曲线，计算钢梁的弯矩承载力，并进行比较。
5.计算混凝土梁与钢梁的相对刚度。
根据不同材料的弹性模量和惯性矩，计算混凝土梁与钢梁的相对刚度，并进行比较。
6.判断梁的工作状态。
根据设计荷载和比较结果，判断梁在不同工作状态下的安全性和可靠性。
上述步骤仅为一般计算步骤，具体计算过程可能会因设计要求和荷载条件的不同而有所变化。
同时，在计算过程中还需要考虑其他因素，如梁的支座条件、横向荷载效应、动力荷载、温度变形等。
需要注意的是，钢与混凝土组合梁的计算是一个较为复杂的工程问题，需要专业的知识和经验。
因此，在进行钢混凝土组合梁计算时，需要遵循相关的设计规范和标准，并交由专业人士进行计算和审查。
总结起来，钢与混凝土组合梁的计算过程涉及到多个步骤，其中包括梁的截面形状和尺寸的确定、混凝土梁和钢梁的弯矩承载力的计算、相对刚度的比较以及梁的工作状态的判断。
这些步骤需要考虑到设计要求和荷载条件的不同，并且需要遵循相关的设计规范和标准进行计算。
在进行钢与混凝土组合梁计算时，应该委托专业人士进行计算和审查，以确保梁的安全性和可靠性。
钢与混凝土组合梁
件和施工费用。
（４）组合梁的挠度计算（主要是考虑滑移效应的
折减刚度的计算方法）。
11.2 一般规定
压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件
与钢梁连接组合成整体后，钢梁与楼板成为共 同受力的组合梁结构。 组合梁的组成及其工作原理 压型钢板组合梁通常由三部分组成，即： 钢筋混凝土翼板、抗剪连接件、钢梁。
远不及下翼缘，故钢梁宜设计成上翼缘截面小于下
翼缘截面的不对称截面。
组合梁的工作原理
11.3 组合梁的截面形式和翼板的有效宽度
1. 组合梁混凝土翼板的形式 组合梁混凝土翼板可用现浇混凝土板、混凝土叠合板
或压型钢板混凝土组合板。混凝土叠合板翼板由预制板和
现浇混凝土层组成，施工时可在混凝土预制板表面采取拉 毛及设置抗剪钢筋等措施，以保证预制板和现浇混凝土层
式中
bc1、bc2——相邻钢梁间净距s0的1/2。
公式中最重要的是bc2值（有些情况bc1值与bc2值
相等），世界各国或地区的规范，对bc2值的规定颇不
一致，组合梁翼板的计算宽度与梁格尺寸、梁的位置 （在楼盖外侧或中部）、荷载方式（均布或集中荷
载）、简支单跨或连续等因素有关，只不过有些国家
的规范忽略了某些因素，而其他规范又忽略另外一些
的，但在极限荷载情况下，有效宽度应予减小。
总的来看，我国规范对翼板计算宽度的规定有
些偏大。由于组合梁混凝土板与钢梁之间仅用连接件
连结，不能考虑两者完全粘连,按理，其计算宽度应小 于全混凝土的，但规范的规定与《混凝土结构设计规 范》一致，似值得再加以研究。
混凝土翼板计算厚度的取值：
（1）对现浇混凝土，取如图 中的值；
取得较大的经济效益。 组合梁的整体刚度比钢梁单独工作时要大得多， 挠度可减小1/3～1/2。如果保持挠度大小不变，则钢 梁高度可减低15～2 0％，使建筑高度降低。
钢-混凝土组合梁.详解
29
§ 3.3 组合梁试验结果分析
3.3.1 组合梁正截面受力性能
由试验结果知；从加荷到破坏，组合梁 正截面经历弹性、弹塑性和塑性三个受力阶 段，见图3.3.1
塑性 弹塑性 A 弹性
B
30
31
简支组合梁破坏形态
32
连续组合梁破坏形态
33
3.3.1
1、弹性阶段
组合梁正截面受力性能
在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载－变形曲 线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的50%左右时，钢梁的 下翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还处于弹性工作状态 2、弹塑性阶段 加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组 合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载－变形曲线开始 偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形
y0
Ay A
i i
i
(3.4.3)
Ai ——第个单元的截面面积,对混凝土单元 需将其换算成钢材单元进行计算 ； yi ——第个单元重心轴距截面顶边得距离。
当考虑混凝土得徐变影响时,应将公式3.4.2 代入公式3.4.3进行计算,即可求得考虑混凝土徐 变影响的组合截面的重心轴距组合截面顶边的距 c y 离,并用 0 表示。
22
3.1.4
组合梁的施工方法
2. 施工阶段组合梁下设临时支撑
施工阶段在组合梁下设置临时支撑，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小
来确定，当跨度L大于7m时，支撑不应少于3个，当跨度L小于7m时，可设置 1~2个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，组合梁 不必进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，全部荷载均由组合梁承受。设 置临时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁 与混凝土板之间的相对滑移。
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第四章 钢与混凝土组合梁
思考题：
1．组合梁是由哪几部分组成的？钢梁与混凝土板之间能够共同工作的条件是什么？
2．组合梁的设计计算理论有哪两种？一般各在什么情况下应用？
3．组合梁按塑性理论计算时，钢梁截面应满足哪些要求？为什么？
4．完全剪切连接组合梁按塑性理论计算时采用了哪些基本假定？
5．连续组合梁在受力性能和设计计算方面有什么特点？
6．连续组合梁按照弹性理论计算的原则和方法是什么？
7．连续组合梁按塑性理论计算时应满足哪些要求？
8．组合梁中的钢梁在哪些情况下可不进行整体稳定性验算？
9．什么是部分剪切连接？一般在什么条件下，采用部分剪切连接的设计方法？
10．在简支组合梁的变形计算中为什么采用折减刚度，而不直接采用换算截面刚度？
习题：
1．某平台次梁采用钢与混凝土简支组合梁，梁的跨度为6m ，梁间距为2m ，梁的截面尺寸见题图4.1。
施工阶段和使用阶段的活荷载标准值分别为1.5kN/m 2和6kN/m 2，使用阶段活荷载的准永久值系数5.0=q ψ。
平台上有30mm 厚水泥砂浆面层，钢梁与混凝土之间无温差。
混凝土的强度等级为C25（2N/mm 9.11=c f ，24N/mm 1080.2⨯=c E ），钢材采用Q235钢(2N/mm 215=f ,2N/mm 125=v f ,25N/mm 1006.2⨯=s E )。
钢梁与混凝土板之间采用栓钉连接件，以承受交界面上全部的纵向剪力.试按弹性理论进行以下内容的验算：
施工阶段：(1) 钢梁的受弯承载力；(2) 钢梁的受剪承载力；(3) 钢梁的挠度； 使用阶段：(1)组合梁的受弯承载力；(2) 组合梁的受剪承载力；(3) 组合梁
的挠度；(4) 钢梁腹板的局部稳定性；(5) 剪切连接件设计。
题图4.1 组合平台次梁的截面尺寸
2．某钢与混凝土简支组合梁构件，梁的跨度为6.5m ，梁间距为2.25m ，梁的截面尺寸如题图4.2所示。
施工时在钢梁的跨度中点设一道侧向支撑，施工阶段和使用阶段梁上作用的活荷载标准值分别为2.5kN/m 2和13kN/m 2，使用阶段活荷载的准永久值系数5.0=q ψ。
混凝土板上有40mm 厚水泥砂浆面层。
混凝土的强度等级为C30（2N/mm 3.14=c f ，24N/mm 100.3⨯=c E ），钢材采用Q235钢(2N/mm 215=f ，2N/mm 125=v f ，25N/mm 1006.2⨯=s E )。
试按塑性理论验算以下内容：
施工阶段：(1) 钢梁的受弯承载力；(2) 钢梁的受剪承载力；(3) 钢梁的整体
稳定性；(4) 钢梁的挠度;
使用阶段：(1) 组合梁的受弯承载力；(2) 组合梁的受剪承载力；(3) 组合梁
的挠度； (4) 完全剪切连接设计。
题图4.2 组合梁的截面尺寸。