第三讲 钢-混凝土组合梁概述
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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。
钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁,通常其肋部采用钢梁,翼板采用混凝土板,两者间用抗剪连接件或开孔钢板连成整体。
抗剪连接件是钢梁与混凝土板共同工作的基础,它沿钢梁与混凝土板的交界面设置。
两种材料按组合梁的形式结合在一起,可以避免各自的缺点,充分发挥两种材料的优势,形成强度高、刚度大、延性好的结构形式。
近几年,钢-混凝土组合梁在我国的应用实践表明,它不仅可以很好地满足结构的功能要求,而且还具有良好的技术经济效益。
钢-混凝土组合梁的特点钢-混凝土组合梁可以广泛的用于建筑结构和桥梁结构等领域。
对比钢梁和钢筋混凝土梁,钢-混凝土组合梁具有以下主要特点:(1)由于混凝土板与钢梁共同工作,可以充分发挥钢材与混凝土材料各自材料特性;另外,钢-混凝土组合梁与钢板梁相比节省钢材约20%-40%,可以降低造价。
(2)增大梁的截面刚度,降低梁的截面高度和建筑高度。
(3)组合梁的混凝土受压翼板增加了梁的侧向刚度,防止了主梁在使用荷载下的扭曲失稳。
(4)降低冲击系数,抗冲击、抗疲劳和抗震性能好。
(5)可以节省施工支模工序和模板,有利于现场施工。
钢-混凝土组合梁发展钢-混凝土组合梁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,其与木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构并列,已经扩展成为第五大结构(组合结构),它是通过连接件把钢梁和混凝土板连接成整体而共同工作的受弯构件。
在荷载作用下,混凝土板受压而钢梁受拉,充分发挥钢材与混凝土的材料特性,实践表明,它兼顾钢结构和混凝土结构的优点,具有显著的技术经济效益和社会效益,将成为结构体系的重要发展方向之一,作为组合结构体系中重要的横向承重构件的钢-混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域必将具有广阔的应用前景。
其发展过程大致经历以下四个阶段:1、20世纪20年代--30年代。
萌芽阶段。
钢一混凝土组合梁的研究始于1922年,MackayMH在加拿大Domion桥梁公司进行了两根外包混凝土钢梁试验,同时英国国家物理实验室也进行了外包混凝土钢梁的试验,随后在30年代中期出现了钢梁和混凝土翼板之间的多种抗剪连接构造方法,可以看到处于萌芽阶段的研究主要集中于考虑防火需要的外包混凝土钢梁及实用连接件的研究,而未考虑两者的组合工作效应,这一阶段探索性的研究为后续钢-混凝土组合梁的蓬勃发展奠定了一定的基础。