浅谈型钢混凝土结构发展及设计方法的比较
型钢混凝土结构的研究现状及发展趋势

型钢混凝⼟(SteelReinforcedConcrete,以下简称SRC)结构是指在型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝⼟的结构。
型钢分为实腹式和空腹式。
实腹式SRC构件具有较好的抗震性能,⽽空腹式SRC构件的抗震性能与普通混凝⼟(ReinforcedConcrete,以下简称RC)构件基本相同。
因此,⽬前在抗震结构中多采⽤实腹式SRC构件。
实腹式型钢可由钢板焊接拼制⽽成或直接采⽤轧制型钢。
SRC构件的内部型钢与外包混凝⼟形成整体、共同受⼒,其受⼒性能优于这两种结构的简单叠加。
与钢结构相⽐,SRC 构件的外包混凝⼟可以防⽌钢构件的局部屈曲,并能提⾼钢构件的整体刚度,显著改善钢构件的平⾯扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。
此外,外包混凝⼟增加了结构的耐久性和耐⽕性。
与RC结构相⽐,由于配置了型钢,⼤⼤提⾼了构件的承载⼒,尤其是采⽤实腹型钢的SRC构件,其抗剪承载⼒有很⼤提⾼,并⼤⼤改善了受剪破坏时的脆性性质,提⾼了结构的抗震性能。
1 国外的研究 1.1 欧美地区SRC结构的应⽤与研究 20世纪初,欧美就开始对SRC柱进⾏了研究。
1908年Burr做了空腹式SRC柱的试验,发现混凝⼟的外壳能使柱的强度和刚度明显提⾼。
1923年加拿⼤开始做空腹式配钢的SRC梁的试验。
在1989年的美国钢筋混凝⼟设计规范ACI2318中,将型钢视为等值的钢筋,然后再以RC结构的设计⽅法进⾏SRC构件设计,这种⽅法的优点在于对SRC结构设计时考虑了构件的“变形协调”和“内⼒平衡”,但没有考虑型钢材料本⾝的残余应⼒和初始位移。
在1993年的钢结构设计规范C2LRFD中,采⽤极限强度设计法来设计SRC结构,将RC部分转换为等值型钢,再以纯钢结构的设计⽅法进⾏组合结构设计,并考虑了残余应⼒和初始位移。
英国在理论分析资料的基础上,于1969年将建筑中的SRC柱列⼊英国钢结构规范BS449的第三部分,随后将桥梁中的SRC柱列⼊英国标准BS5400的第五部分。
型钢混凝土结构的研究现状及发展趋势

第3 3卷 第 1期 2007 年 1月
山 西 建 筑
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构件 的抗 震 性 能 与 普 通 混凝 土 ( e fre o c t, R i ocdC nr e 以下 简 称 1 国外 的研 究 n e
RC结构 的应 用与研 究 R) C 构件基本相同 。因此 , 目前 在抗震 结构 中多采用 实腹式 S C 1 1 欧 美地 区 S R . 2 世纪初 , 0 欧美就开始 对 S C柱进 行 了研究 。10 年 Br R 98 ur 构件。实腹式型钢可 由钢板焊接拼制而成或直接采用轧制 型钢 。
拱轴线 的形式 , 提高温室结构安 全 , 温室 的造价 , 降低 达到优化 设 计 的 目的。
参考文献 :
优化 y 2 0 9 1 89 .3 .6 拟合 圈 . . 1 1 8 2 y 206 .5
1 58 .8 159 .9
117 .9 0 64 .7 12 9 .3 0 7 5 .3
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艺的要求 , 要求拟合成双圆线 。确定雪荷载 , 由于矢跨 比为 0 3 , 4 结语 .0 。 以非均匀雪载为主 , 优化时计算模 型如 图 1 所示。优化结 果及拟 1 文中的数值方法概念清淅 、 ) 完整 、 易懂 , 不经 过有限元 复杂 合的双圆线各点坐标见表 1双圆线半径 R= .8偏差平方和为 , 45, 计算 , 收敛快 , 易为广 大设计 人员 理解 和接 受。2 该方 法可 以作 ) 008 同时表 2 .9 , 列举 半径 R= .,. ,.8 4645 45 的拱架三种工况下 为其他拱形温室拱轴线 的确 定方法 。如 日光温室方 法一样 , 5 只不 的计算结果 。 过要改变初始点的 坐标 。3 该方 法也 可 以求 更 复杂 的拱轴 线 的 ) 衷 1 优化结粟爰拟合成的双圜线拱坐标值 m 优化 。比如拱上部荷载 随拱轴线 变化 的情 况 , 这要在 每次迭代过 结点号 l 2 3 4 5 6 7 程 的一开始处理荷载 。 X/ m 一3. —2 9 67 5 . 1 —2 3 3 3 一 1 7 一1 1 67 .3 .5 . 6 —0 5 33 .8 0 总之 , 用该方法 可以帮助设计 人员快速从 温室结构性能确 定 优化 Y 0 ・ 073 .l 12 1 .4 1 6 l .2 18 1 .9 20 o 2 1 0 .5 .0
国内外型钢混凝土结构设计方法的比较

桂林
5 10 4 0 4)
要: 文章简要介绍国 内外有关型钢混凝土 结构设 计规范 , 并对规范 中的设 计方法进行了分析 比较 . 可供我 国的工程技术 人员进 行结构设
中囤分类号 ;U 7 T 35
文献标识码 : B
文章编号 :0 7 7 5 (0 60 — 0 8 0 1 0 - 3 92 0 )1 0 8 — 2
维普资讯
8 8
安微建 筑
2 0 年 第1 06 l 期
图 肉 外 型 混 凝 土 嬉 构 设 计 法 曲 1 较 c : C
郑之 俊 , 杰 光 王
( 林上学院 , 西 佳 广
摘
计 时参考。 关键词 : 型钢 混凝土 : 设计规范 ; 设计方法 : 分析比较
限强度设计 法来设计 S C结构 , R 将钢筋混凝土部分转换为等值 型钢 , 以纯 钢结构 的设 计方法进 行组合结 构设计 , 考虑 了 再 并 残余应力和初始位移 。 此方法是否符合构件 的实际受力行为 但
仍有待于进一步探讨 。 1 . 3前苏联 S C结 构设计规 范 R
前苏联 S C结构虚用 比较晚 ,电子建设 部于 15 年颁布 R 91 了 S C结构的设计 规范 , R 其设计方 法采用极限强度法 ;9 8年 17 又 出版了 S C结构设计指南 c 3 8 其 内容主要是 以实腹式 R N —7 , 型钢 为主 , 并强调 了箍 筋和纵筋 的作用 , 为型钢与混 凝土之 认 间具 有可靠 的粘 结力 , 即将 型钢与混凝 土视为一 个整体 , 其设 计方法几乎是完全套用钢筋混凝 土结构 的设计方法 。
Co p rs n o h sg eh d o RC i h o l m a io ft e De in M t o fS n t eW rd
型钢混凝土结构的研究与应用3篇

型钢混凝土结构的研究与应用3篇型钢混凝土结构的研究与应用1型钢混凝土结构的研究与应用随着经济的发展以及科技的进步,建筑结构的需求逐渐增加,而型钢混凝土结构的应用在近年来也越来越广泛。
现在,许多新型的建筑物,如高层住宅、商业建筑和天桥等,都使用了型钢混凝土结构。
因此,下面将探讨型钢混凝土结构的研究和应用。
第一部分:型钢混凝土结构的研究型钢混凝土结构是一种组合使用钢材和混凝土的结构形式。
它将钢材的强度和韧性与混凝土的耐久性和抗震性相结合。
由于其优良的性能,型钢混凝土结构近年来受到了广泛的研究。
1.1 型钢混凝土结构的性能型钢混凝土结构的优良性能主要体现在以下几个方面:(1)大跨度的应用——型钢混凝土结构可以满足大跨度结构的需求,使建筑结构更加灵活多变。
(2)快速施工——型钢混凝土结构可以预制或预制混凝土构件,使其具有快速、高效的施工特点。
(3)抗震性能强——由于构件受力均匀,型钢混凝土结构比传统钢结构更具有抗震性。
(4)经济——与传统钢结构相比,型钢混凝土结构更节约材料,更节约成本。
1.2 型钢混凝土结构的研究进展型钢混凝土结构的研究中,逐渐出现了一些新的结构形式和解决方案。
(1)型钢混凝土框架结构——采用型钢与混凝土相结合的方式,增强结构的整体抗震性能。
(2)型钢混凝土筏板式结构——这种结构形式可用于较大的屋盖结构,使结构更加刚性和坚固。
(3)型钢混凝土柱——通过使用混凝土多孔型钢来改善大变形性,提高柱的承载能力。
第二部分:型钢混凝土结构的应用型钢混凝土结构的应用主要在以下几个方面:2.1 高层建筑在高层建筑的设计中,型钢混凝土结构由于其独特的性能,可以有效减轻自重,满足承载能力要求,同时也可以提高抗震性能。
例如,深圳平安金融中心和东京晴空塔都是采用的型钢混凝土结构。
2.2 商业建筑在商业建筑中,型钢混凝土结构的优点是可以将大跨度和灵活性与施工现场吻合。
例如,广州机场是一座面积很大的商业建筑,其屋顶结构使用了型钢混凝土框架结构,具有稳定、经济、美观等特点。
浅析型钢混凝土结构与钢结构特点与功能以及运用评述

浅析型钢混凝土结构与钢结构特点与功能以及运用评述摘要:型钢混凝土结构是一种新型的建筑施工方法,但是作为个案运用中被我国上海著名结构专家否定,取而代之的是一种钢结构的方案。
案例简介,该公共建筑项目位于某市的核心位置,总建筑面积10平方米,地上建筑面积7万平方米,地下建筑面积3万平方米。
地上建筑共有七层,建筑高度50m。
地下二层,10米。
屋面是型钢混凝土大梁(高4米,宽2米,长约16米),这些大梁需要承受建筑四周悬挂的全玻璃幕墙荷载,柱网尺寸为16米X16米,在四角分别设置筒体,形成大空间室内布局。
单边长度由七跨组成,平面尺寸达117米X117米。
该公共建筑形态上是长方形,并在四角斜切而成的“ 钻石型” 建筑,三层以上往外悬挑,最大悬挑尺寸为 16米。
外方设计院负责建筑方案设计,结构为型钢混凝土柱和梁,屋面是型钢混凝土大梁(高4米,宽2米,长约16米),构成了N个类似小型游泳池。
中方设计院认为采用钢结构方案更加合适。
两种结构都是现代施工中较为新颖的施工方案,也在实际施工过程中起到重要的作用。
型钢混凝土结构同时具有钢结构和混凝土结构的特点,刚度大,承载能力强,抗震能力强,是近些年来发展起来的新型建筑结构。
钢结构也是一种新型的建筑结构,钢结构的材质均匀,制作精度大,施工周期短,也是一种良好的施工方法。
因此,本文同时分析了两种建筑方式的施工经济成本、工期、安全以及建筑功能,用以比对分析。
关键词:钢结构;型钢混凝土结构;结构功能;个案运用评述引言:钢结构是建筑方面运用普遍的一种建筑方式,已有几十年的历史,性能稳定,质量好,也具有易于装配的特点,这种方式装配出的建筑物质量好、密度高,还能大大的缩短工期,是一种绿色节能的建筑方式。
由于我国钢铁研究逐渐进步,炼造技术也取得了进步,因此,促进了钢结构工程的发展。
随着工程实施的逐渐推进,钢结构的设计方法和施工技术也得到了更新和发展。
工程建设也不断的增加,因此,也就不断完善了钢结构设计和施工方面的技术。
型钢混凝土设计效果可靠性

型钢混凝土设计效果的可靠性探究【内容摘要】近年来,随着型钢混凝土构件研究的深入及计算伦理的逐步成熟,型钢混凝土的研究逐步有构件转向体系,普通混凝土转向高性能混凝土,由单一型钢混凝土体系转向型钢混凝土、混凝土、钢筋预应力技术相结合所产生的结构体系研究。
本文首先介绍了型钢混凝土结构及特点,其次比较了型钢混凝土结构设计方法,最后探究了型钢混凝土设计效果优化并提出了建议。
【关键字】型钢混凝土,设计,src,结构1.型钢混凝土结构及特点分析型钢混凝土组合结构(src)是指在混凝土中主要配置型钢,并且配有一定的受力钢筋的结构,是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。
钢型分为实腹式和空腹式。
实腹式src构件具有良好的抗震性能,而空腹式src的抗震性恩能与普通混凝土(rc)基本相同。
在日本称之为钢骨筋混凝土结构,在欧美国家称之为混凝土包钢结构,在前苏联则被称为劲性钢筋混凝土结构。
钢型混凝土结构承载力高、刚性大,并具有良好的延展性和耗能性,因而特别适用于地震区。
钢型混凝土结构是把型钢埋入钢筋混凝土中,型钢、钢筋、混凝土三位一体整体工作的一种独立结构形式。
其受力性能优于这三种结构的简单叠加。
与钢相比,src构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,并能提高钢构件的整体刚度。
该结构形式比传统的钢筋混凝土结构具有承载力大、刚度大、抗震性能好的优点;与纯钢结构相比,具有防火性能好,结构局部和整体稳定性能好,节省钢材的优点。
2.型钢混凝土结构设计方法比较2.1 src结构设计方法美国的src结构设计规范均采用极限强度设计方法。
对src构件道德设计方法主要依据换算截面法,对构件强度计算时需要考虑型钢与混凝土之间的剪力传递。
日本au-src设计规范采用二次设计法。
一次设计按照正常使用极限状态设计,二次设计以极限强度验算保证有水平承载能力。
这种方法主要以强度叠加为理论基础,忽略型钢与混凝土之间的握裹力。
2.2 src结构强度设计src的结构强度包括受弯构件强度、受压构件强度、受弯构件抗剪强度、受压构件抗剪强度。
钢混(型钢-混凝土)结构特点及发展

精心整理型钢混凝土组合结构????自古以来,人类习惯用多种材料来构筑能减轻自然界不利因素地结构物,实用项目很难见到完全采用单一材料建造地完整结构物.从广义上来说,用竹索和木板跨越山谷地吊桥也是一种组合结构,在土木结构中最普通地结构构件,钢筋混凝土构件就是典型地组合结构之一.这种组合构件中钢筋借助于混凝土地扶助,充分发挥其抗拉能力强地特长,帮助混凝土克服抗拉能力弱地缺点,又受到混凝土地保护而免受侵蚀,相辅相成,取长补短,是目前得到广泛应用地组合结构地成功典范.目前,钢—混凝土组合结构在房屋建筑、桥梁、地下建筑、海洋项目、特殊容器等领域得到重视,并不断发展.新材料还在不断涌现,还会出现新地组合结构.但就目前来说,在土木项目领域内,从经济与实用地角度来看,钢和钢筋混???????(1)将钢筋混凝土板锚固在钢梁上形成地组合梁.???????(2)将型钢或焊接钢骨架埋入钢筋混凝土而形成地梁????5、组合墙:由混凝土和平面钢板结合而成地墙板.????6、组合壳体:就是由混凝土和曲面钢板结合而成地壳体.????各类组合结构中,根据型钢或骨架地类型不同、型钢或骨架与混凝土部件相对位置地差别又可分为若干不同地形式,例如SRC组合梁可分为实腹、空腹SRC组合梁,SRC组合柱又可分为实腹、空腹SRC组合柱,钢管混凝土组合柱又派生出充填型、外包型、充填外包型钢管混凝土柱.?????????????????????????????????????????3组合结构地特点???????(1),除了在???(2),节省投资.???(3)???(4)??????????????????????3.2组合梁地特点?????组合梁首先从截面组成上充分发挥了型钢与混凝土材料各自地特长,与钢筋混凝土梁相比,还有以下优点:????(1)节约钢材,因为截面材料受力合理,混凝土替代部分钢材工作,使其用钢量大幅度下降.如采用塑性理论进行设计,还可降低造价.????(2)减小截面高度,因为相当宽地混凝土板参与抗压,组合梁地惯性矩比钢梁地大得多.可以达到降低梁高、增加层净高地效果.????(3)延性好,因为耗能能力强,整体稳定性又好,在实际地震中表现出良好地抗震性能.????(4)刚度好,混凝土板与钢梁共同工作,抗弯模量增大,致使挠度减小,刚度增大.????(5)抗冲击、抗疲劳性能好,实际项目表明用于梁桥、吊车梁地组合梁比钢梁具有更好地抗冲击、抗疲劳能力,3.3?????????(1)钢,通常????(2)????(3)????(4)组合梁截面地上翼缘为宽大地混凝土板,增强了组合梁截面中钢梁地侧向刚度,可以防止钢梁在使用荷载下发生扭曲失稳.????(5)与钢结构方案相比,钢—混凝土组合楼盖地整体性强,抗剪性能好,耐震性能大大提高.????(6)可利用钢梁作为混凝土板地模板支撑,并承担作用在钢梁上地混凝土板重和施工荷载,无需从地面搭设满堂红脚手架,加快了施工进度.????(7)与混凝土楼盖相比,钢—混凝土组合楼盖可以在钢梁上焊接托架或牛腿,供支撑室内所敷设地管线,不必像混凝土梁那样需在混凝土中埋设预埋件.????因为钢—混凝土组合楼盖具有上述—系列优点,在国际上特别是西方工业国家得到了迅速地发展和应用.在我国,钢—混凝土组合楼盖地应用面还不大,这主要是受到了下述国情地制约:?????(1)与混凝土楼盖相比,钢—混凝土组合楼盖地用钢量要大一些.不过,随着我国经济建设地不断发展和钢产量????(2)钢.国???(3不多,????(4)用o?????(1). ????(2)组合柱地承载能力普遍较高,自重轻,变形能力强,耐疲劳,抗冲击性能好.????(3)组合柱地施工可减少工序,因为准确定位地钢骨可为设置模板提供方便,尤其是钢管混凝土组合柱地外包钢管直接为混凝土地浇筑提供了模板.?????????????????????????????????????4?组合结构地发展与应用?1、组合结构地发展历史????组合结构早在19世纪末已经存在,尽管当时并没有意识到要利用两种材料组合以后新增地强度和刚度,单纯地想要减轻钢管内部地锈蚀而灌入混凝土,为了改善钢结构地耐火性能而在其外围包裹混凝土,就这样开创了组合结构地实际应用地历史.1879年英国地SEVERN????年白石????1908Mackay,美国、,梁、SRC,而且往,?????通过40年代许多学者大量地研究,对组合梁地设计与施工有了更多地认识,并建立了组合梁按弹性理论地设计方法,而且美国洲际公路协会在1944年制定地《公路桥涵设计规范》列入了有关组合梁设计地内容.紧接着美国在1946年《房屋钢结构设计、制造、安装规范》也列出了组合梁地有关内容.1948年英国规范《型钢在建筑中地应用》在构件截面回转半径地计算中还考虑了外包混凝土地刚度增大作用.在1949年由前苏联建筑科学院建筑技术研究所编制了《多层房屋劲性钢筋混凝土暂行设计技术规程》,同时结合实际应用又进行了一系列构件试验,以完善组合结构地设计理论.50年代我国开始在桥梁项目中采用组合结构,还编制了公路铁路组合梁桥地标准图,同时对房屋建筑中应用地组合梁结构进行了研究.德国在二次大战以后地重建工作中迫于钢材缺乏,大量采用组合梁结构,通过项目实际应用在1955年制定了有关规定《桥梁组合梁》,1956年又颁布了有关标准《房屋建筑组合梁》,日本建筑学会在1951年成立了钢骨钢筋混凝土结构分组,对此作了专门研究.在1958年制定《钢骨钢筋混凝土结构计算规程》提出了组合结构承载力地简化计算方法.继1953年在0SAKA首先架设神崎大桥后,日本又架设了许多组合梁桥,并于1959年颁布了《钢道路桥组合梁设计施工指南》.日本于1959年建立了H型钢地生产线后,对实????《钢算方法年美国颁布《规范》1975破坏.前苏联在1978年制定了《劲性钢筋混凝土结构设计指南》(CN3—78).1979年英国标准协会制定了《钢、混凝土及组合梁桥》.1979年美国钢结构学会ASSC制定了《钢—混凝土组合梁设计规范》.在1980年日本建筑学会考虑1975版钢骨钢筋棍凝土结构计算规范地完整性,将方形钢管也列入规范?1984年欧洲规范地草案在英国完成,该草案是以CEB(欧洲国际混凝土委员会)、ECCS(欧洲钢结构协会)、FIP(国际预应力联合会)、IABSE?(国际桥梁与结构项目协会)在1981年共同颁布地《组合结构》规范为基础修订而成地,是目前国际上一部比较完整地组合结构规范.1986年我国交通部制定了《公路桥涵设计规范》,还有同年颁布地《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025—86)对组合梁地计算方法及构造措施作了规定.1987年水利电力部提出了SDJ-69-87《电力建设施工及验收技术规范(建筑项目篇)》对钢管混凝土结构地设计作了具体规定.1988年由建设部颁布地国标《钢结构设计规范》(GBJl7—88)第12章专门对钢—混凝土组合梁地设计方法做出了规定.国家建材工业局苏州混凝土水泥制品研究院与中国船舶总公司第九设计院一起主编了部标《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ?01-89).国家能源部下属地电力规划设计管理局在1991年颁布了《火力发电厂主厂房钢—混凝土组合结构设计暂行规定》DLGJ9 9—9l对钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构以及组合梁结构地设计与构造作了规定.目前国内对钢骨凝土组合结?2????? 1. 8m,?????80年代开始,式单轨铁路桥、组合框架桥、组合衍架桥以及组合桥墩等等.现已发展到土木结构地许多领域,例如筒仓地钢板混凝土壁足以两个钢板筒体之间充填混凝土来建造地;核反应堆中地压力容器用钢板作为衬里外包钢筋混凝土而构成组合结构;用连续地下组合墙建造组合井筒型基础;在隧道丁程中坑道采用组合弓形体;离岸项目中海洋石油平台用组合墙作为防冰墙;同时还用于港湾钢结构地加固(在原钢结构损坏部分外包混凝土而构成组合结构);另外还有用组合结构来建造防冰堤、深海石油平台地支柱等.?????组合结构在我国应用越来越广泛,研究也越来越深入,其优良性能和技术经济指标使它在我国有着更广泛地应用前景,随着试验研究和实际应用地不断发展,可以预见组合结构将迅速推广而成为继混凝土结构、钢结构之后地主要结构形式.。
浅谈型钢混凝土梁的设计_1

浅谈型钢混凝土梁的设计发布时间:2022-10-18T01:41:23.334Z 来源:《城镇建设》2022年第11期作者:蔡望[导读] 本文首先简述了型钢混凝土结构在我国的发展应用情况以及其优缺点和型钢混凝土梁计算的方法,蔡望重庆市设计院有限公司,重庆400015摘要:本文首先简述了型钢混凝土结构在我国的发展应用情况以及其优缺点和型钢混凝土梁计算的方法,接着通过具体的工程实例,介绍了型钢混凝土梁在大跨度结构中运用要点,提出了一些型钢混凝土梁设计的建议。
关键词:大跨度结构;型钢混凝土梁;挠度0引言随着经济的发展,人们对建筑建筑的功能要求日益增加,复杂的建筑功能也促使大跨度结构也不断涌现。
型钢混凝土梁,具有构件承载能力高、抗震性能好、在挠度和裂縫控制中相较普通混凝土梁具有明显的优势;与钢结构构件相比较,约比全钢结构节约钢材1/3左右,造价降低较多且后期维护费较低、耐火性能较好,因而得到广泛使用;但型钢梁柱节点复杂、构造要求较多,需现场吊装、混凝土浇筑复杂,对设计和施工都提出了较高的要求,笔者结合设计经验,对工程中常用的型钢混凝土梁,从设计的角度进行简要探讨。
1型钢混凝土梁的结构类型型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,简称 SRC)结构是以型钢为骨架并在型钢周围配置钢筋和浇筑混凝土的埋入式组合结构体系。
早年美国及日本为了解决钢结构建筑的耐火、耐久性以及避免受压屈曲,在静载中取得一定的效果;在日本关东大地震采用钢结构外包钢筋混凝土的建筑 (中日本兴业银行大楼)没有震害,SRC结构良好的抗震性得以确认,以后再经过多次大地震害调查, 又进一步证实实腹式型钢的结构(SRC结构)的抗震性能是优越的[1]。
目前SRC结构构件在各种结构体系中的,一般是部分或全部采用型钢(钢管)混凝土柱、型钢混凝土梁组成的结构,在现行的《组合结构设计规范》(JGJ 138-2016)中统称组合结构。
型钢混凝土结构根据内部配钢形式的不同分为实腹式和空腹式两大类。
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87 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald工 程 技 术2009 NO.09Science and Technology Innovation Herald科技创新导报1 前言型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,以下简称SRC)结构是指在型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构。
型钢分为实腹式和空腹式。
实腹式SRC构件具有较好的抗震性能,而空腹式SRC构件的抗震性能与普通混凝土(Reinforced Concrete,以下简称RC)构件基本相同。
因此,目前在抗震结构中多采用实腹式SRC构件。
实腹式型钢可由钢板焊接拼制而成或直接采用轧制型钢。
常用的SRC梁、柱构件截面形式见图1。
SRC构件的内部型钢与外包混凝土形成整体、共同受力,其受力性能优于这两种结构的简单叠加。
与钢结构相比,SRC构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,并能提高钢构件的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。
采用SRC结构,一般可比纯钢结构节约钢材达50%以上。
此外,外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性,欧美国家最初发展SRC结构就是出于对钢结构防火和耐久性方面的考虑。
与RC结构相比,由于配置了型钢,大大提高了构件的承载力,尤其是采用实腹型钢的SRC构件,其抗剪承载力有很大提高,并大大改善了受剪破坏时的脆性性质,提高了结构的抗震性能。
2 国内外型钢混凝土结构的发展从20世纪50年代开始,很多学者对SRC构件的性能进行大量试验和研究,在计算模型、计算和分析方法及简化计算等方面做了大量工作。
1975年Virdi和Dowling[1]借助设计曲线与大量SRC理论的分析及100多根柱破坏试验结果,证明了利用纯钢柱欧洲曲线,并引入新长细比定义这一方法来计算SRC柱的轴向破坏荷载是行之有效的。
这种方法不仅提高了设计精度,而且还证明了SRC柱与钢柱内在的联系。
对于偏压柱采用特定系数表示的直线和抛物线逼近柱子M-N相关曲线,根据这些特定系数确定柱子界面强度[2]。
该方法一直沿用,并编入了1985年欧洲统一规范EC4《组合结构》。
在1989年的美国钢筋混凝土设计规范ACI-318[3]中,将型钢视为等值的钢筋,然后再以RC结构的设计方法进行SRC构件设计,这种方法的优点在于对SRC结构设计时考虑了构件的“变形协调”和“内力平衡”,但没有考虑型钢材料本身的残余应力和初始位移。
在1993年的钢结构设计规范AISC-LRFD[4]中,采用极限强度设计法来设计SRC结构,将RC部分转换为等值型钢,再以纯钢结构的设计方法进行组合结构设计,并考虑了残余应力和初始位移。
此方法最突出的优点是很容易得到构件的弯矩与轴力,但由于它是以考虑初始位移和残余应力的纯钢结构为设计基础,是否符合组合结构的实际受力行为仍有待进一步探讨。
英国在理论分析的基础上,于1969年将建筑中的SRC柱列入英国钢结构规范BS449的第三部分,随后将桥梁中的SRC柱列入英国标准BS5400的第五部分。
对SRC梁,英国钢结构设计规范按组合截面进行弹性设计,即取0.7倍型钢屈服强度用弹性方法计算型钢,然后按组合截面进行修正,忽略混凝土抗拉强度。
欧洲四个国际组织(CEB-ECCS-FIB-IABSE)于1979年联合制定组合结构典型规程草案,并于1981年正式出版了“典型规程”。
该规程建议以SRC梁的腹板以及受压翼缘的钢板是否具有足够的刚度划分截面为密实和纤细。
对两种截面梁的正负抵抗弯矩分别简化为按塑性理论计算和弹性理论计算。
德国于1981年制定DIN18806的第一部分,形成SRC柱草案,并于1984年形成正式版本。
1985年由英、德、法及荷兰四国共同制定了欧洲组合结构设计规范Eurocodes(European Codes, Commission of Euro-pean Communities)。
此规范假定型钢与混凝土完全交互作用,构件截面仅有一个对称轴,将型钢与混凝土均按矩形应力块理论考虑,采用极限强度设计方法设计。
日本从1951年起开始对SRC结构进行了全面系统的研究,1958年制定了《钢骨钢筋混凝土计算标准及其说明》,此标准的最大特点是在承载力计算方面采用了强度叠加理论。
从1963年到1987年,该标准先后进行了四次修订,最终成为SRC结构设计规范第三版(AIJ-SRC),基本形成较为完整的设计理论和方法[5]。
该规范在忽略混凝土抗拉强度、遵从平截面假定及不考虑型钢与混凝土之间的粘结力等条件下,以“强度叠加法”作为理论基础。
日本持续研究和发展SRC结构,主要是由于日本是多地震国家。
经过几年的研究和工程实践,参考日本钢骨混凝土设计标准[6],1998年我国冶金部颁布了我国第一部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程YB9082-97》。
此规程基本沿用了日本标准的设计方法,包括其名称在内。
将型钢作为等效钢筋,参照我国的混凝土规范及国内外有关规范规程,2002年建设部颁布了行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)。
此规程中的设计方法与我国的混凝土规范相近。
3 型钢混凝土结构设计方法比较[7]综上所述,日本、美国等国的SRC结构设计各具特色,下面分别阐述其优缺点。
3.1 SRC结构设计规范使用范围浅谈型钢混凝土结构发展及设计方法的比较吕会文1 曲延增2(1. 山东烟台市兴盛建筑工程有限公司 山东烟台 265000;2. 山东烟台百通建筑工程有限公司 山东烟台 265000)摘 要: 型钢混凝土结构是指在型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构,具有较好的承载能力和抗震能力。
本文主要介绍了型钢混凝土结构的发展概括,及设计方法的比较。
关键词:型钢混凝土 发展 设计方法 比较中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2009)03(c)-0087-02(a)SRC梁 (b) SRC柱图1 常用的SRC梁、柱构件截面形式2009 NO.09Science and Technology Innovation Herald工 程 技 术科技创新导报美国NEHRP设计规范包括钢与混凝土组合结构的全部内容,即包括组合构件、连接及结构体系等部分,并纳入了组合结构的抗震设计规定;美国的ACI和AISC-LRFD的设计规范仅包括组合构件的设计,没有考虑结构的抗震问题。
日本的AIJ-SRC结构设计规范包括梁、柱、连接及剪力墙等部分,并且包括结构抗震设计问题。
3.2 SRC结构设计方法美国的SRC结构设计规范均采用极限强度设计方法。
NEHRP主要以直接引用AISC-LFRD和ACI规范为主,对SRC构件的设计方法主要依据换算截面法,对构件强度计算时需要考虑型钢与混凝土之间的剪力传递。
日本AU-SRC设计规范采用二次设计法。
一次设计按正常使用极限状态设计.二次设计以极限强度验算保证有水平承载能力。
这种方法主要是以强度叠加法为理论基础,忽略型钢与混凝土之间的握裹力。
强度叠加有两种方法,其一是“简单叠加法”,即简单地将型钢与钢筋混凝土分别所承担的弯矩进行叠加,不考虑构件轴力作用,结果偏于保守;其二是“一般叠加法”。
即将型钢和钢筋混凝土分别所承担的弯矩进行叠加,同时又考虑构件轴力作用,计算上较为复杂,但可以得到经济的断面。
3.3 SRC结构强度设计SRC受弯构件强度。
美国的NEHRP规范依据AISC-LRFD的规定计算,即采用换算截面法,只计算型钢塑性抗弯强度;日本AIJ—SRC规范采用强度叠加原理进行计算;前苏联将SRC受弯构件按中和轴位置不同分三种情况,然后按钢筋混凝土受弯构件计算方法计算。
SRC受压构件强度。
美国的NEHRP规范依据AISC-LRFD的规定采用换算截面法,并规定轴向的截面钢材面积不得低于SRC构件全截面面积的4%,否则应以钢筋混凝土构件进行设计;日本AIJ—SRC规范采用强度叠加原理进行设计,并规定截面钢材面积不得低于SRC构件全截面面积的0.8%:前苏联SRC构件按钢筋混凝土受压构件方法设计。
SRC受弯构件抗剪强度。
美国NEHRP设计规范只计算型钢抗剪强度,忽赂了箍筋和混凝土的抗剪强度贡献.ACI规范中只考虑了混凝土和箍筋的抗剪强度,忽略了型钢抗剪强度的贡献:日本AIJ—SRC规范采用分别计算型钢和钢筋混凝土的抗剪强度,然后进行叠加计算;前苏联的SRC结构设计指南C113—78中计算型钢腹扳、箍筋抗剪强度,忽略混凝土的抗剪强度贡献。
美国NEHRP规范偏于保守。
SRC受压构件抗剪强度。
日本AIJ—SRC规范中对SRC受压构件的抗剪强度,分别考虑长期与短期荷载效应,即,在长期荷载作用下,采用等值换算截面法;在短期荷载作用下,采用分别计算型钢和钢筋混凝土的抗剪强度,然后进行叠加计算。
美国NEHRP规范同时考虑了型钢和箍筋所能提供的剪力强度,忽略了混凝土剪力强度贡献,其中型钢抗剪强度直接采用了AISC—LRFD的规定计算方法,而内部箍筋抗剪强度沿用了ACI规范中的钢筋混凝土结构抗震设计中的箍筋设计;前苏联SRC构件按钢筋混凝土受压构件设计方法设计。
比较可知,美国设计规范偏于保守。
3.4 SRC结构的构造要求美国规范对SRC结构的构造基本上采用了ACI规范中的规定,在箍筋配置上采用了ACI抗震设计中箍筋配置的内容。
日本规范及前苏联规范在箍筋配置均没有从抗震方面考虑。
作为行业标准,我国的《钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-97)》就采用了日本规范AIJ—SRC的简单叠加法。
在试验及理论研究的基础上,我国学者也提出了多种计算方法,反映在规范规程上,有冶金部的《钢骨混凝土结构设计规程(YB9082-97)》(以下简称《钢骨规程》)和建设部的《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)(以下简称《型钢规程》)。
《钢骨规程》参照日本规范的叠加方法,进一步提出了较为准确的轴力分配方法,称为改进简单叠加法。
改进简单叠加方法与理论方法和一般叠加法基本吻合。
在《钢骨规程》中,无论是构件的承载力计算还是刚度、裂缝验算,均采用叠加原理,原理清晰,计算简单。
在《型钢规程》中,构件的承载力计算采用平截面假定,钢骨与混凝土变形协调,通过构件内里平衡方程求解构件承载力。
在承载力计算中,公式较为复杂,适合于已知各配筋条件的承载力验算,而已知内力求配筋则计算复杂。
刚度计算采用钢筋混凝土与型钢钢骨两部分刚度叠加的方法,与《钢骨规程》相近,计算公式有稍有差异。
在《钢骨规程》长期刚度的计算中,混凝土收缩、徐变的影响仅考虑混凝土部分的影响,但《型钢规程》中没有区分钢骨部分和型钢部分,公式中用的是整体刚度。
受弯构件裂缝计算两者也不一致,《型钢规程》中将型钢受拉翼缘简化为等效钢筋,并考虑型钢腹板的部分影响;《钢骨规程》中采用叠加原理,通过弯矩分配,计算混凝土部分承担的弯矩,在考虑型钢受拉翼缘影响的基础上,计算裂缝宽度。