第三讲 钢-混凝土组合梁概述
钢—混凝土组合结构概况

一钢—混凝土组合结构概况(一)钢—混凝土组合结构的一般概念组合结构定义:组合结构的种类繁多,从广义上讲,组合结构是指两种或多种不同材料组成一个结构或构件而共同工作的结构(Composite Structure)。
钢—混凝土组合结构是继木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构之后发展兴起的第五大类结构。
从广义概念上看,钢筋混凝土结构就是具有代表性的组合结构的一种。
组合结构分类:组合结构通常是指钢—混凝土组合结构,其中钢又分为钢筋和型钢,混凝土可以是素混凝土也可以是钢筋混凝土。
国内外常用的钢—混凝土组合结构主要包括以下五大类:(1)压型钢板混凝土组合板;(2)钢—混凝土组合梁;(3)钢骨混凝土结构(也称为型钢混凝土结构或劲性混凝土结构);(4)钢管混凝土结构;(5)外包钢混凝土结构。
(二)钢—混凝土组合结构的发展概况钢—混凝土组合结构这门学科起源于本世纪初期。
于本世纪二十年代进行了一些基础性的研究。
到了五十年代已基本形成独立的学科体系。
至今组合结构在基础理论,应用技术等方面都有很大的发展。
目前钢—混凝土组合结构在高层建筑、桥梁工程等许多土木工程中得到广泛的应用,并取得了较好的经济效益。
在国外,钢—混凝土组合结构最初大量应用于土木工程旨在二次世界大战结束后,当时的欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁,工程师们采用了大量的钢—混凝土组合结构,加快了重建的速度,完成了大量的道路桥梁和房屋的重建工程。
1968年日本十胜冲地震以后,发现采用钢—混凝土组合结构修建的房屋,其抗震性能良好,于是钢—混凝土组合结构在日本的高层与超高层中得到迅速发展。
60年代以后世界上许多国家(包括英、美、日、苏、法、德)根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。
1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会(CES)、欧洲钢结构协会(ECCS)、国际预应力联合会(FIP)和国际桥梁及结构工程协会(IABSE)组成的组合结构委员会,多次组织了国际性的组合结构学术讨论会,并于1981年正式颁布了《组合结构》规范。
组合梁设计

栓钉连接件的承压应力在底部最大,沿高度逐渐减小,当接近顶部时承 压应力开始反向。前方根部混凝土的局部受压破碎或劈裂。
栓钉连接件破坏:以混凝土板劈裂最为常见,混凝土板中在连接 件受力方向形成宏观纵向裂缝,在垂直方向形成宏观横向裂缝。此类 破坏时连接件的承载力取决于混凝土的强度等级及品种。
槽钢连接件
(3)弯筋连接件 弯筋连接件一般采用直径不小于12mm的HPB235级钢筋,弯起角度宜
为45°,弯折方向应与板中纵向水平剪应力的方向一致,并成对设置。沿 梁轴线方向的间距不小于0.7hc1,(hc1为混凝土板厚度),且不大于2hc1; 弯筋连接件的长度不小于其直径的30倍,从弯起点算起的长度不小于直径 的25倍,其中,水平段的长度不小于其直径的10倍(光面钢筋应加弯 钢)。弯筋连接件与钢梁连接的双侧焊缝长度为4d(HRB335级钢筋)或 5d(HPB235级钢筋)。
抗剪连接件设计 抗剪连接件形式
一.构造要求
1.一般要求
➢抗剪连接件的作用是抵抗水平剪力和竖向掀起力。 ➢设置抗剪连接件的一般要求是:连接件的抗掀起作用面(如栓钉头部的 底面)高出翼缘板底部钢筋顶面不小于30mm。连接件上部混凝土保护 层厚度不小于15mm;连接件的纵向间距不应大于600mm或混凝土翼 缘板厚度的4倍;连接件的外侧边缘至钢梁缘边缘之间的距离不应小于 20mm,当有托座时不应小于40mm。
弯筋连接件
二.受力性能 1.荷载-滑移曲线
➢推出试验。国际上以推出试验作为连接件的标准试验,图为常用的(欧 洲钢结构协会(ECCS))1981年公布)连接件推出试验标准试件,同 时规定了试验要求。 ➢梁式试验。能较好反映连接件的组合梁中的受力变形性能,但试验较为 复杂。
组合梁设计

钢-混凝土组合结构
山东科技大学钢结构工程研究所 王 来
第三章
一、组合梁概述
抗剪连接件剪力-滑移曲线。图为栓钉、槽钢、T形钢连接件的剪力-滑移 曲线。由图可知,栓钉和槽钢等连接件的刚度较小,变形能力较大,这 类连接称为柔性连接件;T形钢连接件的刚度较大,变形能力较小,称为 刚性连接件,目前已很少采用。
抗剪连接件剪力—滑移曲线
3.4 组合梁施工阶段计算
一.施工时设臵临支撑的组合梁
3.5 组合梁的承载力计算
组合梁设计的内容应包括:受弯承载力计算、受剪承载力计算、抗剪连 接件的数量和布臵、混凝土翼缘板及其板托纵向界面受剪承载力计算、变 形验算、负弯矩区段内混凝土翼缘板的最大裂缝宽度验算以及构造设计。
一.组合梁受弯承载力 1. 计算方法
弹性计算理论。早期的钢-混凝土组合梁承载力设计计算方法。把混 凝土翼缘板按钢与混凝土的弹性模量比折算成钢材截面,然后按材 料力学方法计算截面的最大应力,并使其小于材料的容许应力。这 一计算方法不考虑塑性变形发展带来的承载力潜力。适合于重复荷 载的组合梁(包括疲劳强度)。
组合梁板件宽厚比限值
截面形式 翼缘
当 N 0.37时 Af h0 h1 h2 N ( , ) 72 100 tw tw tw Af 当 N 0.37时 Af h0 h1 h2 235 ( , ) 35 tw tw tw fy 235 f y
腹板
4.主次梁连接
钢--混凝土组合梁的概述和发展历史

钢-混凝土叠合板连续组合梁
1995
北京 西客站工程
预应力钢-混凝土组合梁
1998
上海 金贸大厦
钢-混凝土组合梁
2000
深圳 赛格广场
图(1.4) 钢-混凝土组合梁
2000
芜湖 芜湖长江大桥
预应力混凝土板与钢桁架组合梁
2002
沈阳 沈阳市东西干道高架桥
钢-混凝土组合梁
2004
北京 LG 大楼(在建)
钢-混凝土组合梁
组合梁在我国的研究起步比较晚。在改革开放以前,虽有少数工程曾经应用过钢-混凝 土组合梁,如武汉长江大桥,但当时未考虑组合效应而仅仅把它作为强度储备而提高安全度 或者是为了方便施工而己,当时我国有关设计规范都未涉及钢-混凝土组合梁的设计内容。 1978 年以来,原郑州丁学院、原哈尔滨建筑工程学院、山西省电力勘测设计院、华北电力
截面设计方法
内力分析方法
宽厚比要求
备注
连续梁:塑性机构分析法
I 类截面
满足塑性分析 4 条件
简支梁
II,I 类截面
塑性设计
等截面模型+弯矩调幅法 30% I 类截面 等截面模型+弯矩调幅法 20% II 类截面
满足塑性分析 4 条件
变截面模型+弯矩调幅法 15% I 类截面
规范方法
变截面模型+弯矩调幅法 10% II 类截面
2 长期效应 4 混 凝 土 纵 向 剪 切
组 合 下 的 面计算
组 合 下 的 面计算
挠度
挠度
决定调幅效果的截面分类按照钢结构设计规范如表(1.3)所示:
表 1.3 组合截面的分类 [9]
截面类型
翼缘
腹板
I 类截面 塑性设计 1:要求塑 性铰有转动能力
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。
钢-混凝土组合概述

体系的基本构成
• 钢—钢筋混凝土组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、 双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框—撑结构 体系。 • 钢管砼柱是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼,形成两种材料相辅 相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特 点,一般每三层为一个制作安装单元,整根钢管柱一次吊装就位,为 主体结构安装创造了流水作业的条件。 • 钢骨砼梁是在钢梁周围配置钢筋,浇注砼后使钢骨与砼成为一体共同 工作的组合结构构件。由于钢骨的存在使得构件延性得到很大改善, 其变形能力强,抗震性能好,承载力高。混凝土对钢骨的包裹解决了 钢结构的防腐、防火问题。施工时钢梁骨架有较大的承载力,可大大 节省模板工作量。 • 抗侧力支撑是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架 体。考虑建筑专业的门窗布置,在不影响建筑功能的前提下,支撑可 以采用X型、单斜杆型、人字型、W型等形式,还可采用偏心耗能支 撑。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙,不仅减轻了结构自重, 而且提高了结构延性,对于优化抗侧刚度,改善抗震性能起到了积极 抗震的作用。
1.4钢管混凝土
• 钢管混凝土结构是在型钢混凝土结构、配螺旋箍混凝土结 构以及钢管结构的基础上发展起来的。钢管混凝土是将普 通混凝土填入薄壁圆型钢管内而形成的组合结构。按截面 形式不同,分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢 管混凝土等。钢管混凝土可借助于内填混凝土增强钢管壁 的稳定性;借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,而 使混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高 的抗压强度和抗变形能力。 • 钢管混凝土结构由于其受力性能及结构特点使其具有以下 的优点: • 1)受力合理,能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构 件的承载能力大大提高;
钢-混凝土组合梁

钢-混凝土组合梁的设计和施工需要 综合考虑多种因素,包括材料特性、 结构形式、施工工艺等,以确保其性 能和安全。
钢-混凝土组合梁在桥梁工程中得到 了广泛应用,特别是在大跨度桥梁和 复杂结构形式中,其优势更加明显。
钢-混凝土组合梁在长期使用过程中 可能会面临一些问题,如疲劳、腐蚀 等,因此需要采取相应的维护和加固 措施。
对未来研究的展望
随着科技的不断进步,钢-混凝 土组合梁在未来仍将是一个重 要的研究方向,需要进一步探
索其性能和优化设计方法。
对于钢-混凝土组合梁的耐久性 问题,需要加强研究,提出更 加有效的防腐、防锈和加固措
相关规范。
05 钢-混凝土组合梁的优势 与挑战
钢-混凝土组合梁的优势
高承载能力
结构自重轻
钢-混凝土组合梁能够承受较大的集中荷载 和均布荷载,具有较高的承载能力。
由于钢材料具有轻质高强的特点,因此钢混凝土组合梁的结构自重相对较轻,有利 于减轻整体结构的重量。
施工速度快
节能环保
钢-混凝土组合梁的构件可以预先在工厂制 作,现场安装方便快捷,能够缩短施工周 期。
总结词
施工方便,工期短
详细描述
钢-混凝土组合梁的施工方便,能够缩短工期,降低施 工成本。该大桥的施工过程采用了预制拼装的施工方法 ,大大提高了施工效率。
工程案例二
总结词
抗震性能好
详细描述
某高层建筑采用钢-混凝土组合梁作为主要承重结构,具 有良好的抗性能,能够有效地抵抗地震作用。
总结词
承载能力高
详细描述
钢-混凝土组合梁的承载能力较高,能够满足高层建筑对 承重结构的要求。同时,该组合梁还具有良好的塑性和韧 性,能够吸收地震能量,减少结构损伤。
《钢与混凝土组合梁》课件

研究将组合梁应用于轨道交通中,提高轨道结构的耐久性和稳定性。
轨道交通
03
循环经济
建立循环经济的生产模式,实现资源的有效利用和废弃物的减量化、资源化。
01
环保材料的应用
优先选择可再生、可回收的环保材料,降低生产过程中的环境污染。
02
节能减排技术
推广应用节能减排技术,降低组合梁生产过程中的能耗和排放。
混凝土的抗压性能
钢和混凝土通过组合,可以充分发挥各自的优点,提高梁的整体承载能力和稳定性。
组合效应
根据梁的跨度、荷载等条件,选择合适的截面形式和尺寸,以实现最佳的承载能力和稳定性。
优化截面
在设计中应考虑环境因素对组合梁的影响,如温度变化、腐蚀等。
考虑环境因素
组合梁的施工应满足相关规范和要求,确保施工质量。
环境适应性测试的结果可用于评估组合梁在不同环境下的耐久性和适应性,为工程应用提供依据。
CHAPTER
钢与混凝土组合梁的应用实例
06
钢与混凝土组合梁在桥梁工程中应用广泛,如高速公路、铁路和城市交通中的高架桥、立交桥等。
钢与混凝土组合梁具有较高的承载力和稳定性,能够满足桥梁跨度大、荷载重的要求。
钢与混凝土组合梁的施工周期短,对环境影响小,具有较好的经济效益和社会效益。
对钢梁进行防腐处理,以提高其耐久性。
连接件制造
使用合适的材料和工艺,制造出符合设计要求的连接件。
连接件设计
根据组合梁的结构特点和设计要求,设计合理的连接件。
连接件安装
将连接件安装在钢梁和混凝土之间,确保组合梁的结构稳定性和承载能力。
CHAPTER
钢与混凝土组合梁的性能测试与评估
05
测试方法通常采用循环加载试验,对试件施加一定幅值的荷载,循环一定次数后观察其损伤和疲劳寿命。
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(1)施工阶段钢梁不设临时支撑 施工阶段设计 钢梁(弹性理论) 使用阶段设计 组合梁(弹性理论或塑性理论) 计算理论 弹性方法:完全剪切连接 钢梁应力为两阶段应力的叠加,混凝土应力为 使用阶段应力 挠度:两阶段挠度的叠加 塑性方法:完全剪切连接和部分剪切连接 组合梁承担全部荷载 挠度:两阶段挠度的叠加
2.7 钢梁截面尺寸要求:塑性理论
2.8 钢梁截面尺寸要求:弹性理论
高跨比:简支1/15~1/20;连续1/20~1/25
2.9 组合梁有效宽度
2
2
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1. 5 组合梁适用范围
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1. 7 组合梁受力性能
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1. 8 组合梁破坏形态
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22ຫໍສະໝຸດ 2222
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1. 9 组合梁的滑移
2
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1. 10 抗剪连接件: 刚性抗剪连接件(a,b,c);柔性抗剪连接件(d-f)
内力计算
超静定结构的内力与刚度有关 正弯矩区:
换算截面法(将混凝土折算成钢材) 折算刚度法(考虑混凝土板与钢梁之间的滑移) 不考虑混凝土的作用 仅考虑钢梁和负弯矩钢筋
负弯矩区:
2.4 施工临时支撑对截面设计的影响
2
2
2
2
2
2
2.5 混凝土与钢梁间滑移
2
2
2.6 组合梁设计原则
组合梁的特点 设计基本规定
组合楼盖
1. 钢-混凝土组合梁概述
1. 1定义
1. 2工作机理
1
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1. 3 组合梁分类
5
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端部锚固钢筋: 胡子筋
16
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2. 美国世贸大楼
2
2
1. 4 组合梁特点
2
2
(2)施工阶段钢梁设临时支撑 施工阶段设计 钢梁(弹性理论):多跨连续梁 使用阶段设计 组合梁(弹性理论或塑性理论):单跨梁+反向支座反力 计算理论 弹性方法:完全剪切 钢梁应力为两阶段应力的叠加,混凝土应力为使用阶段应 力 挠度:两阶段挠度的叠加 塑性方法:完全/部分剪切 组合梁承担全部荷载 挠度:两阶段挠度的叠加
第三讲 钢-混凝土组合梁概述
Design of Steel-Concrete Composite Beams
组合梁设计的主要内容
组合梁承载力计算
弹性理论 vs 塑性理论 完全抗剪连接 vs 部分抗剪连接 施工阶段 vs 使用阶段 有支撑 vs 无支撑
组合梁变形计算
本讲主要内容
1. 11 组合梁的延性
2
2
1. 12 组合梁的强屈比
2
2. 组合梁的分析方法与规定
2.1 弹性理论与塑性理论
弹性理论:不考虑截面塑性发展
材料力学:截面应力线性分布 折算截面:将混凝土的面积折算成钢材的面积
2.1 弹性理论与塑性理论
塑性理论:考虑截面塑性发展
参与受力的材料均达到屈服应力
2.1 弹性理论与塑性理论
塑性理论:考虑截面塑性发展
参与受力的材料均达到屈服应力
2.2 弹性理论的适用条件
弹性理论:
受动力,冲击荷载时 截面实际应力小:混凝土最大应力小于0.5fc 内力和变形计算时 钢梁发生局部屈曲 钢梁翼缘和腹板的宽厚比或高厚比超限
2.3内力和变形计算按弹性理论