型钢混凝土梁受力性能的研究分析

关于型钢混凝土梁几种计算方法的对比分析施亮高晰(中铝国际贵阳铝镁设计研究院贵阳 550004)摘要：本文介绍了型钢混凝土梁受力性能的理论研究分析情况，对我国现有规范中有关型钢混凝土梁的受力性能以及计算方法的研究做了总结，并分析了型钢混凝土梁破坏形态及其影响因素，提出了型钢混凝土梁在以后的研究和发展中应当注意和考虑的问题。

关键词：型钢混凝土结构；梁；受力性能；The Research of Steel Reinforced Concrete BeamSHI Liang Gao Xi(Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute, GuiYang, 550004, China)Abstract: The research on service loading capacity of steel reinforced concrete beams are interviewed, andthe research results on service loading capacity and calculation of SRC beams are summarized. Some problems on the research and development of SRC beams used in the future are presented.Keywords: steel reinforced concrete structure; beam; service loading capacity; research1．引言型钢混凝土结构是指在型钢（S）外包裹钢筋混凝土（RC）的一种独立的结构形式，也是钢与混凝土组合的一种新形式，这种结构介于钢结构和混凝土结构之间。

由于在钢筋混凝土中增加了型钢，型钢固有的强度和延性，以及型钢、钢筋、混凝土的三为一体地工作使得型钢混凝土结构和传统的钢筋混凝土结构相比具有承载力高、刚度大、构件截面尺寸小、施工方便、良好的延性及抗震性能良好的优点；与钢结构相比，具有防火性能好，结构局部和整体稳定性好以及钢材用量少等优点。

推广和使用型钢混凝土结构，对于我国的多、高层建筑的发展，大型工业厂房设计优化和改善结构的抗震性能都有重要的意义。

型钢混凝土梁是型钢混凝土结构的基本构件，由于其具有良好的受力性能、便于施工以及优良的抗震性能，在实际工程中，特别是在高烈度地震区重型工业厂房等工业建筑以及高层、大跨度等民用建筑中的应用越来越广泛。

但是型钢混凝土梁的设计理论制约了工程应用，表现在国内目前没有制定出针对型钢混凝土结构的设计规范。

型钢混凝土结构计算的三种主要理论:一是基于钢结构的计算方法,并考虑外围混凝土的作用；二是基于钢筋混凝土结构的计算方法,认为型钢和混凝土是共同工作的；三是认为型钢混凝土结构的承载力是型钢部分的承载力和钢筋混凝土部分的承载力的叠加。

我国型钢混凝土梁的相关计算规程有两本：一本是原冶金部颁布的《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-97），该规程采用了强度叠加理论，认为型钢混凝土梁的承载力是型钢和钢筋混凝土两者承载力的叠加，计算中忽略了型钢与混凝土之间的粘结滑移效应，其理论基础是塑性力学中的下限定理，计算结果偏于保守。

另一本是建设部颁布的《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001），该规程采用基于钢筋混凝土结构的计算理论,采用极限状态设计法设计。

与钢筋混凝土梁的计算类似,在作了截面应变保持平面等基本假定的基础上,将型钢翼缘视为纵向钢筋的一部分,同时考虑到加载后期粘结滑移的客观存在,取混凝土的极限压应变为0.003,从而建立了型钢混凝土梁正截面受弯承载力的计算公式，该规程计算理论的依据充分、考虑因素全面,因此计算结果准确,但计算公式和计算过程较为复杂。

本文对我国现有型钢混凝土梁的受力性能及计算理论做了总结，提出了型钢混凝土梁在以后的研究和发展中应当注意和考虑的问题。

_____________________________________________作者简介：施亮（1978-），男，硕士研究生，贵阳铝镁设计研究院土木工程室助理工程师。

2．型钢混凝土梁的承载力现有计算理论2.1《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-97）的计算理论该规程采用强度叠加理论，对于型钢为对称配置的SRC 梁(图1a),钢骨规程将其分为S 部分(钢结构部分)和RC 部分(钢筋混凝土结构部分)，然后按“钢结构的计算方法”和“混凝土结构的计算方法”分别计算S 部分和RC 部分的受弯承载力，最后采用简单叠加方法，认为型钢混凝土梁的承载力是型钢和钢筋混凝土两者承载力的叠加，即按式(1)进行叠加。

由于计算时忽略了型钢和混凝土之间的粘结作用，因此设计计算简单、工程应用方便，但设计结果偏于保守，容易造成不经济，且不适合于型钢为非对称配置的SRC 梁。

对于型钢受拉翼缘大于受压翼缘的非对称型钢混凝土梁(图1b)，规程在其条文说明中建议将受拉翼缘大于受压翼缘的面积作为受拉钢筋考虑后，按型钢为对称配置的SRC 梁计算。

对于型钢偏置在受拉区的非对称型钢混凝土梁(图1c 、d)，规程在其条文说明中建议按钢与混凝土组合梁的设计方法进行计算。

ss rc by bu M M M ≤+ （1）无地震作用组合时，ss by M 和rc bu M 分别按下列公式进行计算：ssby s ss ss M W f γ= 0rc bu s s b M A f h γ= （2） 其中： ss by M —梁中钢骨部分的抗弯承载力；rc bu M －梁中钢筋混凝土部分的抗弯承载力；s γ－钢骨的塑性发展系数； 0hb γ－受拉钢筋面积形心到混凝土受压区压力合力点的距离；图1. SRC 梁的截面形式该规程只是对混凝土和钢骨进行了简单强度叠加，完全忽略了混凝土与钢骨的粘结力，不考虑两者的组合作用，使得钢骨混凝土梁承载力的利用率只达到一半左右。

虽然该规程的计算方法简单易行，但这种过于保守的设计方法势必造成材料的巨大浪费，从而使钢骨混凝土梁这种组合结构的优越性无从体现。

2.2《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）的计算理论及承载力计算公式《型钢规程》采用了基于RC 结构的计算方法。

与RC 梁类似，在平截面假定的基础上，认为SRC 梁受弯承载力等于其受压的混凝土、钢筋、型钢翼缘和型钢腹板四部分受弯承载力之和。

计算公式如下：2.2.1 正截面承载力()()()00020c y s sa af a aw c y s a af y s a af aw M f bx h x f A h a f A h a M f bx f A f A f A f A N ''''''≤-+-+-+''''++--+=当10 1.25h x δ<，20 1.25h x δ>时()()()()()()1202222121202.52 2.5 1.250.8120.003aw w aaw w a b a y s N t h f M t h f f f E ξδδδδδδξξξ=-+⎡⎤⎣⎦⎡⎤=+-++-⎣⎦⎡⎤=++⨯⎣⎦混凝土受压区高度x 尚应符合下列公式的要求：0b x h ξ≤； af x a t '≥+ 2.2.2 斜截面承载力 ()00000.080.580.20 1.50.58c yv sv a w wc yv sv a w w f bh f A h s f t h f bh f A h s f t h λλ≤++≤+++b b 均布荷载 V 集中荷载 V 其中：aw M —型钢腹板承受的轴向合力对型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点的力矩；aw N —型钢腹板承0hb γ受的轴向合力；x —混凝土受压区高度；0h —型钢受拉翼缘和纵向受拉合力点至混凝土受压边缘的距离：af A 、'af A —型钢受拉受压翼缘截面积；s A 、 's A —受拉受压钢筋截面面积。

该规程采用了极限状态设计法设计，在修正的平截面假定基础上来考虑混凝土与钢骨的粘结滑移作用，由于主要针对的是抗震设计，因此给出的是充满型对称配置实腹型钢的SRC 梁(图1a 、b)，对于非充满型实腹型钢的SRC 梁(图1c 、d)，规程没有给出计算方法，该规程理论依据较为充分、考虑因素全面、计算结果比较准确，但计算公式比较复杂。

2.3赵鸿铁所著《钢与混凝土组合结构》型钢混凝土梁的承载力计算公式『4』2.3.1 正截面承载力当中和轴不经过型钢时1）当())0.810.003s s ss x h a f E ≤-+，则能保证型钢全截面屈服 (()()20.50.5y s r s ss s s y s r c M f A h a x f A h x a h f A x a f bx ''≤--+---+-+ 2）)()()0.810.0030.810.003ss ss s s ss a f E x h a f E '+≤≤-+，则不考虑型钢上翼缘的 作用()()()()22y s r ss s sf w s y s s r c s M f A h a a f h A t h f A a a f bx a x '''''≤--+++-+- 当中和轴经过型钢上翼缘时()()()222c sy s s r y s s r s sf s s w s M f bx a x f A h a a f A a a f A h f t h ''''''≤-+--+-++ 当中和轴经过型钢腹板时()()()()()()2222a sf s s w r s sf s s w s y s r y s r c M f A h x a f t h x a f A x a f t x a f A h x a f A x a f bx ''''≤--+--+-+-+--+-+ 2.3.2 斜截面承载力()()00001.20.580.070.5 1.3 1.5yv sv s w wc yv sv s w w bh f A h s f t h f bh f A h s f t h λλ≤++≤-+++t 均布荷载 V 0.07f 集中荷载 V该书推导的型钢混凝土梁的正截面承载力计算公式是根据极限平衡状态时的受力平衡，对整个型钢混凝土梁截面的中和轴取矩得到的，考虑了型钢和混凝土的粘结作用『3』。