外包U型钢混凝土组合梁研究进展
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新型外包钢-混凝土组合梁的技术经济性能比较研究
照 昆凝土结 构设计 规范 》 （ Ｂ ０ １ — ０ ２ 设计 ，三 Ｇ ５０ ０ ２ ０ ）
具有承载力高 、刚度大 、稳定性 好 、抗剪连接简单 、便 于施 工 、综合经济效益好等优点 ｌ ～ ，已经在成为 北京 新世纪 ３ ｌ
长安街的至高点 和地标性建筑的 银泰大厦 中得到应用 。为了
研究评价新型 Ｕ型外包钢～混凝土组 合梁的性能 ，我们选 择
具有代表性的两点对称集中荷载作用下完全 剪力连接 Ｕ型截
种梁混 凝土 强度等级 均为 Ｃ ５ 型组合 梁截 面设计 为双轴 ２ ，Ｉ
对称 ，钢材采 用 Ｑ ３ ，而 ｕ型截 面组合 粱截面设 计为单轴 ２５
面钢一 混凝土组合 梁 、完全剪力连接 Ｉ 型截面钢 一 混凝土组 合 梁 （ 如图 ２所示） 及普通钢筋混凝土 梁进行比较研究 ，结 构 体系 均采用 简支 梁体系 。
板采用较薄的冷弯薄壁型钢， 二者通过 焊缝连接而成ｕ ２ 设计参数 形截
面 ，如图 １ 所示 ，然后 在里面浇注混凝土 ，作为 Ｔ形 组合梁 ｝ 肋部 ，翼缘 为楼板 ，钢与混 凝土通过 可靠连 接共 同受力 。 『 勺
两种组 合梁都 是依 照 《 钢结构设 计规 渤 （ Ｂ ０ ４ — Ｇ ５０７ ２０） 和 《 ０３ 钢—砼 组 合结 构 设 计规 程》 （ Ｉ Ｉ０ ５ １９ ） ＤＺ＇ ８ — ９ ９ ５ 进行设计 的 ，普通钢筋混凝 土粱和组合粱 中的混凝土板都 依
３１ ５ｍ 跨 度 条 １ 下 的 性 能 比较 ． 牛
（）跨高比相同的条件下 ，外包钢—混 凝土组合梁的承 载 １ 力 要比普通 钢筋混凝 土梁和普 通工字钢一混凝土组合 梁的承 载力大 ； （）在 跨高比较大时 ，当梁截 面高度较小时 ，设计普 通 ２ 工字钢一混凝土组合梁和普通钢筋混凝土组合梁不能满足 变 形和稳定性要求 ；而外包钢一混凝土组合梁可以在跨高 比较
具有承载力高 、刚度大 、稳定性 好 、抗剪连接简单 、便 于施 工 、综合经济效益好等优点 ｌ ～ ，已经在成为 北京 新世纪 ３ ｌ
长安街的至高点 和地标性建筑的 银泰大厦 中得到应用 。为了
研究评价新型 Ｕ型外包钢～混凝土组 合梁的性能 ，我们选 择
具有代表性的两点对称集中荷载作用下完全 剪力连接 Ｕ型截
种梁混 凝土 强度等级 均为 Ｃ ５ 型组合 梁截 面设计 为双轴 ２ ，Ｉ
对称 ，钢材采 用 Ｑ ３ ，而 ｕ型截 面组合 粱截面设 计为单轴 ２５
面钢一 混凝土组合 梁 、完全剪力连接 Ｉ 型截面钢 一 混凝土组 合 梁 （ 如图 ２所示） 及普通钢筋混凝土 梁进行比较研究 ，结 构 体系 均采用 简支 梁体系 。
板采用较薄的冷弯薄壁型钢， 二者通过 焊缝连接而成ｕ ２ 设计参数 形截
面 ，如图 １ 所示 ，然后 在里面浇注混凝土 ，作为 Ｔ形 组合梁 ｝ 肋部 ，翼缘 为楼板 ，钢与混 凝土通过 可靠连 接共 同受力 。 『 勺
两种组 合梁都 是依 照 《 钢结构设 计规 渤 （ Ｂ ０ ４ — Ｇ ５０７ ２０） 和 《 ０３ 钢—砼 组 合结 构 设 计规 程》 （ Ｉ Ｉ０ ５ １９ ） ＤＺ＇ ８ — ９ ９ ５ 进行设计 的 ，普通钢筋混凝 土粱和组合粱 中的混凝土板都 依
３１ ５ｍ 跨 度 条 １ 下 的 性 能 比较 ． 牛
（）跨高比相同的条件下 ，外包钢—混 凝土组合梁的承 载 １ 力 要比普通 钢筋混凝 土梁和普 通工字钢一混凝土组合 梁的承 载力大 ； （）在 跨高比较大时 ，当梁截 面高度较小时 ，设计普 通 ２ 工字钢一混凝土组合梁和普通钢筋混凝土组合梁不能满足 变 形和稳定性要求 ；而外包钢一混凝土组合梁可以在跨高 比较
钢混凝土组合结构桥梁研究新进展
钢混凝土组合结构桥梁研究新进展一、本文概述随着科技的不断进步和工程需求的日益增长，钢混凝土组合结构桥梁作为一种高效、经济且具备优良性能的结构形式，在桥梁工程中得到了广泛应用。
本文旨在综述钢混凝土组合结构桥梁的最新研究进展，包括其设计理论、施工技术、性能评估以及在实际工程中的应用案例。
文章首先介绍了钢混凝土组合结构桥梁的基本概念和特点，然后重点分析了近年来国内外在该领域的研究成果和创新点，最后展望了未来的发展趋势和挑战。
通过本文的阐述，希望能够为相关领域的学者和工程师提供有价值的参考，推动钢混凝土组合结构桥梁技术的进一步发展和优化。
二、钢混凝土组合结构桥梁的设计理论与方法钢混凝土组合结构桥梁的设计理论与方法是近年来研究的热点领域。
随着材料科学、计算力学和设计理念的进步，这种结构形式的桥梁设计理论得到了极大的丰富和发展。
在设计理论方面，钢混凝土组合结构桥梁的设计需要综合考虑钢材和混凝土的受力特性，以及两者之间的相互作用。
目前，研究者们已经建立了一套相对完善的设计理论体系，包括组合梁、组合板、组合柱等多种组合构件的设计方法。
这些理论方法综合考虑了材料的非线性、构件的截面形状、荷载类型等因素，使得设计更加精细化、准确化。
在设计方法上，钢混凝土组合结构桥梁的设计通常采用极限状态设计法，即根据结构在极限状态下的受力性能和变形要求，确定结构的截面尺寸和配筋。
随着计算机技术的快速发展，有限元分析、参数优化等数值方法也被广泛应用于钢混凝土组合结构桥梁的设计中，为设计师提供了更加便捷、高效的设计工具。
随着对结构性能要求的提高，钢混凝土组合结构桥梁的设计也开始注重全寿命设计、耐久性设计等方面。
这些新的设计理念要求在设计阶段就充分考虑结构在使用过程中的性能退化、维修加固等因素，从而确保结构在整个生命周期内都能满足性能要求。
钢混凝土组合结构桥梁的设计理论与方法在不断发展和完善中。
随着新材料、新工艺、新技术的不断涌现，未来这种结构形式的桥梁设计将更加精细化、智能化、环保化。
钢板-砼组合加固钢筋砼梁的研究及应用进展
成果 ， 分析考虑界 面滑移， 二次 受力 等因素对于承 裁能 力影响的研究现状 ， 探讨 了 该加 固 技 术试验研究方法及工程应 用情况。 通过对现有研究
成果的归纳和总结 ， 分析 了 茁技 术的主要特点与不足 ， 并指 出了有关钢板一混凝土组合加 固方面值得进一步研究的问题 。 关键词 ： 钢筋混凝 土莱 加 固技 术 钢板一混凝土组合加固技术 中图分类号 ： Ｕ ４ ４ ５ ． ７ ２ 文献标 识码 ： Ａ 缸合 结构 文章编 号： １ ６ ７ ４ — ０ ９ ８ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ （ ｃ ） 一 ０ ０ ０ ５ — ０ ４
２ ． Ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 。Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ 。Ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ａ ｇ ， ３ １ ５ １ ０ ０。 Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ －ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ（ Ｓ Ｐ Ｃ Ｃ ）ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｉ ｓ ａ ｌ ａ ｔ ｅ －ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ （ Ｒ Ｃ ）ｂ ｅ ａ ｍｓ ．Ｔ ｈ ｅ
（ １ ． 重庆交通大学土木建筑学院
摘
张凯’ 邹毅松’ 谷志敏’ 王银辉 重庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４ ；２ ． 浙江大学宁波理工学 院 浙江宁波
技术是 钢筋混凝土 梁加 固的一种 的新方法。 简 介了 目前关于钢板一 混凝土 组合加固栗抗 弯和抗 剪 承 或力研 究的
钢-混组合梁的研究现状与展望
外包混凝土 的组 合梁又 称劲性混 凝土 梁或钢 骨混凝 土 梁， 其按类型又可 分为 ： ｚ型外包钢 一混组合梁 ； ｕ型外包 钢
一
混组 合梁 ； Ｌ型外包钢 一混组合 梁等 。
［ 收稿 日期］０ ９— ４—１ ２０ ０ ０
［ 作者简介 ］ 夏文敏， 硕士研 究生。 男，
１２ ２
电
●
，
’
施 工 速度 快 ； 点 ： 为 大 规 模 推 广 应 用 的结 构 形 式 ， 现 预 缺 作 实
－ ：
●
制混凝土翼板组合梁 的精确施工并确保质量有一定 困难 。 （ ） 合板翼板组 合梁。优点 ： ３叠 构造 简单 、 施工方 便 、 受 力性 能好 ， 这种形式的组合梁可以用 传统的简单施工工艺 获 得优 良的结构性能 ， 适合 我 国基本建设 的 国情 ， 对传统 组 是
易导致 梁发 生粘 结滑 移破 坏 和纵 向剪切 滑移破 坏 。
２２ 型 钢 外 露 混凝 土 组合 梁 ． ２２ １ 型 钢 外 露 组合 梁又 称 Ｔ形 组合 梁 ． ．
２ 组合 梁的 分类及 其特 点
钢 一混 组 合 梁 按 截 面 的 形 式 … 可 以分 为 ： 外包 混凝 土 的
ｊ ｑ
（ ） 浇混凝土翼 板组合 梁。优 点 ： １现 混凝 土翼板 整体性 好； 缺点 ： 需要现场支模 ， 作业量大 ， 湿 施工速度慢 。 （） ２ 预制混凝土翼板组合梁 。优点 ： 混凝土板翼板预制 ， 现 场 仅需 要 在 预 留 槽 处 浇 筑 混 凝 土 ， 以减 小 现 场 湿 作 业 ， 可
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
土木结构工程高等结构试验print
则剪切角为：
第 6 页 共 13 页 X ab
（4.3）
上述式中，a 和 b 为节点节点域尺寸，分别按梁高和柱宽计算。
五 加 载方式
为使结构处于良好的受力工作状态，并校验测试系统和加载系统，对每个模型试件都需 要进行反复预载，每个试件在试验开始前都要进行预加载，其中竖向轴向力预加载的最大值 约为轴向力设计值的 40%， 梁端最大预加荷载约为屈服荷载的 20%， 最大持荷时间约为 4 分钟。 预加载结束后，开始正式加载，其具体的加载程序如下： 施加柱顶竖向轴向荷载。由 200 吨油压千斤顶施加竖向荷载，并在以后加载过程中保持 恒定。 （2）施加梁端低周反复荷载直至试件破坏。试件屈服前，采用荷载控制加载，加载值分 别取 20kN、40kN，试件接近屈服时，将荷载的增加幅度减小至 10kN，每级荷载循环一次，直 至量测的荷载-位移曲线上出现拐点表示试件屈服。试件屈服后采用位移控制加载，位移增量 取试件屈服时梁自由端的竖向位移值 y ，即采用 1 y ,2 y ,3 y ，4 y ，5 y ……进行加载， 每级荷载循环 3 次直至试件破坏。荷载控制阶段，加载速率 1kN/s；位移控制加载阶段，加 载速率为 1mm/s，每级荷载结束后，停止加载并持荷 3-4 分钟，用以采集数据、观察楼板裂 缝开展情况和节点变形。 （3）当加载到节点临近破坏时，荷载增量很小甚至下降，而位移增量却很大。当荷载降低到 峰值荷载的 85%以下，且发生下列条件之一时即可停止加载： ①钢筋混凝土梁断裂、混凝土大块脱落或裂缝严重开裂； ②节点节点域严重破坏。
图 3 节点模型边界示意图
图 4 试验加载装置示意图 为尽可能准确地实现节点的边界条件，采取如下措施： （1）柱底、梁端支座设计。采用平板铰来模拟柱底的铰支座，两端梁的铰支座利用工字 型刚性垫块来模拟，通过其与梁接触面铺沙子处理满足模拟支座铰接的边界条件；对于竖向 轴力采用作用于反力横梁上的 200 吨千斤顶施加，千斤顶通过矩形小短柱与刚性横梁连接，
外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究
外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁受弯性能研究吴钟艳;王人鹏;罗永峰;李伟兴;黄青隆;丁一【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2018(034)004【摘要】对3根足尺外包冷弯U形钢-混凝土T形组合梁进行受弯性能试验,获得试件的荷载-挠度曲线、应变沿梁跨中截面高度分布模式、钢板与混凝土间的滑移分布特征以及梁的破坏形态,并用有限元软件ABAQUS对组合梁进行了模拟,采用变参的分析方法研究了腹板混凝土和栓钉间距对组合梁性能的影响特征与变化规律.试验结果表明,组合梁的破坏形态为正截面弯曲受压破坏,外包钢未发生明显鼓曲及掀起变形,组合梁具有较高的安全储备、良好的延性和经济性.有限元分析结果表明,有限元建模分析方法准确可靠;腹板混凝土的存在可使组合梁极限承载力提高20％;随着栓钉间距的增大,刚度和极限承载力均减小,组合梁的破坏模式由正截面弯曲破坏转为纵向滑移破坏.【总页数】11页(P117-127)【作者】吴钟艳;王人鹏;罗永峰;李伟兴;黄青隆;丁一【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092;同济大学建筑工程系,上海200092;同济大学建筑工程系,上海200092;天华建筑设计有限公司,上海200235;同济大学建筑工程系,上海200092;天华建筑设计有限公司,上海200235【正文语种】中文【相关文献】1.外包U形钢混凝土组合梁承载力计算研究 [J], 林彦;周学军2.高强U形外包钢-混凝土组合梁受弯性能 [J], 操礼林;石启印;王震;葛义韬;李爱群3.高强U形外包钢-混凝土再生混合梁的受弯性能研究 [J], 张莉4.新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究 [J], 谢梦洁;邹昀;王城泉;钱慧超;曹岚;陈明5.钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁不同抗剪连接方式的受弯性能 [J], 胥兴;程睿;刘吉春;崔佳;黄宗明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
外包钢—混凝土组合梁正截面优化研究
通 过编制相 应的程序 进行 求解 ， 进而对组合梁进行 了优化设计 ， 并证 明了该优化方法 的正确性 、 有效性。 关键词 ： 外包钢一混凝土组合梁 ， 优化设计 ， Ｔ Ａ ＭＡ Ｌ Ｂ
中 图分 类 号 ：Ｕ ９ Ｔ ３８ 文献 标 识 码 ： Ａ
０ 引言
外包钢一混凝土 Ｕ形组 合梁是 在 由薄壁 冷弯型 钢与厚 钢板
中的常用形式 ， 建立冷弯型钢上翼缘 内翻梁进行 优化设计 。设 控
制外 包钢一混凝土整个 截面变化 的设计 变量为 （ ＝１２ ３ … ， ｉ ，，， １）写成矢量形式为 ： ２ ，
＝
３ ｍ，。 ５ｍ ｈ 表示 的是 自纵 向受拉钢筋 的合力点 到混凝 土受压 边缘
的距 离 。
设计 方案达到 最佳 的设 计 目标 ， 主动 的 、 是 有规 律 的搜 索 过程 。 大体 可分为三个具 体步骤 ： １ 建立数学模 型 ； ） ２ 根据优化 目标 ； ）
卜兰 卜兰
３ 借助相关 的编程软 件 ， 某种优 化理 论迭代 运算 ， 到优 ） 按 达
化 目的 。
数据 ， 提出 了外包钢一混凝土组合梁截面初步设 计时 需要注意 的
问题 。
１ 优 化 数学模 型 的建立
目前 ， 大多数的结构 设计 过程是先 假定 截 面尺寸 ， 对其 进 再
行结构 内力分析 和构件 截 面验 算 ， 如不满 足则 需要重新 设 计 ， 此 过程 较为被动 。然 而结构 优化设 计则 是按 照某一优 化 的方法使
外 包 钢一 混 凝 土 组 合 梁 正 截 面 优 化 研 究
吴 文 慧
（ 山西 省 交通 科 学研 究 院 ， 山西 太原 ００ ０ ３０ ６）
型钢混凝土组合结构的设计及优化研究现状
广东建材２００８年第７期１型钢混凝土组合结构简介型钢混凝土组合结构（简称ＳＲＣ结构）是指在混凝土中主要配置型钢（轧制或焊接成型），并且配有一定的受力钢筋和构造钢筋的结构，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。
这种结构在英国、美国等西方国家称之为混凝土包钢结构，在前苏联称之为劲性混凝土结构，在日本称之为钢骨混凝上结构受到英、美、苏、日等国的影响，我国对这种结构的名称叫法很不一致。
２００２年出版的《型钢混凝土组合结构技术规程》（ＪＧＪ１３８－２００１）中称为型钢混凝土组合结构。
型钢混凝土组合结构分为两大类，分别为全部结构构件采用型钢混凝土的结构和部分结构构件采用型钢混凝土的结构。
此两类结构宜用于框架结构、框架一剪力墙结构、底部大空间剪力墙结构、框架－核心筒结构、筒中筒结构等体系。
２型钢混凝土组合结构的截面类型根据混凝土中型钢配置方式的不同，型钢混凝土结构可以分为实腹式型钢混凝土和格构式型钢混凝土两大类。
实腹式型钢主要有工字钢、槽钢及Ｈ型钢等。
格构式配钢是由角钢构成的空间析架式的骨架。
前者的强度、刚度、延性很高，远比后者优越，可用于大型、中型及很高的建筑。
但是配角钢骨架比配实腹钢可更多地节省钢材，其含钢量比钢筋混凝土结构稍大或基本相当，而其强度、刚度、延性则比钢筋混凝土结构仍有较大的提高，所以常在荷载、跨度、高度不是特别大的结构中采用。
实腹式型钢混凝土结构具有较好的抗震性能，而格构式型钢混凝土构件的抗震性能与钢筋混凝土结构基本相同。
因此，目前在抗震结构中多采用实腹式型钢混凝土构件，尤其是充满型实腹式型钢混凝土构件。
型钢混凝土结构可以用作梁、柱、节点、剪力墙及筒体等各种构件。
常用的型钢混凝土柱、梁断面及剪力墙形式如图ｌ所示。
３型钢混凝土组合结构的特点型钢混凝土结构的特点是在混凝土中配置型钢，这些型钢可以是轧制的也可以是焊接的。
一般在大型建筑中经常配置焊接型钢，可以根据构件截面大小、受力特点，考虑到受力的合理性，灵活地选择焊接型钢各个板件的宽度与厚度。
外包U型钢-再生混凝土组合梁抗弯性能研究
外包U型钢-再生混凝土组合梁抗弯性能研究AbstractIn recent years, the construction industry has been rapid development. Concrete as the largest amount of building materials, consumption is increasing. The development and application of recycled concrete can not only ease the occupancy of natural resources by concrete and ensure the sustainable development of human society, but also be of great significance to the recycling of resources and environmental protection as a green and healthy concrete.The section steel-recycled concrete beam is a new type of structural system. It not only has the advantages of large rigidity and high bearing capacity of steel-concrete structure, good ductility, good seismic and disaster prevention properties, but also has the advantages of environmental protection of recycled concrete, recyclable advantage. In order to meet the new requirements of modern building structure and promote the application of steel-reinforced concrete structure in practical engineering, a new type of outsourced U-steel-recycled concrete composite beam is proposed and systematically studied. In this paper, the research status of recycled concrete and steel-recycled concrete are introduced firstly. Secondly, the mechanical properties of recycled concrete are analyzed and studied in detail. Then the analysis model of outsourced U-shaped steel-concrete composite beam and the recycled concrete constitutive model have been verified accurately. The effects of recycled aggregate replacement ratio, recycled concrete strength, the thickness of steel plate, the number of angle steel and other eight parameters on the flexural properties of U-steel-recycled concrete compositebeams were analyzed by ABAQUS finite element software. Finally, in the plastic design theory the formula of flexural capacity of U-section steel-recycled concrete composite beam outsourcing is deduced. At the same time, the formula of deflection of composite beam is deduced by deduction stiffness method. The research results are as follows:(1) With the increase of the replacement ratio of recycled aggregate, the ultimate bearing capacity and mid-span deflection of composite beams show a slow downward trend. The recycled concrete composite beams are more prone to brittle failure than ordinary concrete composite beams.(2) The strength of recycled concrete can not only improve the ultimate bearing capacity of composite beams, but also make the composite beams have better ductility.(3) Although the increase of U-shaped rigidity, floor thickness and recycled concrete flangeiiithickness can improve the ultimate bearing capacity of composite beam, it is more likely to cause brittle failure of composite beam.(4) When the number of angle-shear connectors reaches more than 15, the composite beam is a complete shear connection.(5) The reinforcement strength and the U-shaped just-bottom setting pegs have little effect on the ultimate bearing capacity of composite beams.(6) The calculation method of the flexural capacity of outsourcing U-steel-recycled concrete composite beam can be used to predict the flexural capacity of the composite beam.Keywords: Steel reinforced concrete beam，ABAQUS finiteelement analysis，replacement rate of recycled aggregates，flexural behavioriv。
外包U形钢混凝土组合梁承载力计算研究
Ｌ ｉ ｎ Ｙ ａ ｎ ， Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｘ ｕ ｅ ｊ ｕ ｎ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ １ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
外 包 Ｕ形 钢 混 凝 土组 合 梁 承 载 力计 算 研 究
林彦， 周 学军
（ 山东建筑 大学 土木工程学院 ， 山东 济南 ２ ５ ０ １ ０ １ ） 摘要 ： 外包 Ｕ形钢混凝 土组合梁 是一 种新兴 的组合 梁形式 ， 该 组合梁 承载力 的计 算是 组合梁 应用 的前 提和基 础 。文章基于塑性理论和叠加 原理 对完全抗剪连接外包 ｕ形钢混 凝土组合 梁正 、 负弯矩 作用 下的极 限受弯 承
பைடு நூலகம்
载力 、 竖 向抗 剪承载力 以及纵 向抗剪和纵 向抗滑移 承载力的计算进行理论研究 ， 探讨 组合 梁各承载 力的计算方
法， 建立 了相应 承载力 的计算公式 ， 并 通过试验验证 了公式 的适用 性 。结果 表明 ： 提 出的极限受 弯承 载力计算
公式可 以较好地 预测组合 梁的受弯承载力 ； 组 合梁 竖向抗剪承载力的计算 为 ｕ形钢侧 板和 Ｕ形钢 内混凝土两 部分承 载力 的叠加 ； 提 出的组合梁纵 向抗剪 和纵向整体抗滑移的计算方法和公式 ， 能保证组 合梁在 弯 曲破坏之
第３ ２卷 第 １ 期
２ ０ １ ７定
山 东 建 筑 大 学 学 报
Ｊ Ｏ ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ ＨＡＮＤＯＮ Ｇ Ｊ Ｉ ＡＮＺ ＨＵ ＵＮＩ Ｖ ＥＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
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(3) 通过ANSYS模拟比较了两种剪力连接方式的组合梁的 性能，并验证试验结果与理论计算结果的正确性。
2 .简支外包钢与混凝土组合梁的试验研究 2.1试验构件
图2.2以角钢为抗剪连接件的简支梁实图
图2.4以栓钉+内隔板为抗剪连接件的简支组合梁实图
2.2加载模式及测点布置
JZL3
JZL4
JZL5
外包U型钢混凝土组合梁研究工作进展
研究什么？
优点：比普通混凝土梁承 载力高，比普通工字钢 梁稳定性好，比普通钢 与混凝土组合梁抗火性 能好。
与钢筋桁架模板配合，施 工无需搭设脚手架，工 业化程度高。
研究工作概况 2007年起开始外包U型钢与混凝土组合梁的相关
研究
（1）张婷：外包U型钢与混凝土组合简支梁静力性能试验研究 （2008）
（2）赵倩：外包U型钢与混凝土组合梁主次梁节点抗剪机理分析与试 验研究（2008）
（3）王晓晔：外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱节点静动力 性能的试验研究与理论分析（2007）
（4）张元植：外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱节点力学性 能分析（2008）
（5）韩雪野：基于梁端塑性铰破坏的外包U型钢混凝土组合梁与方钢 管混凝土柱组合节点力学性能理论分析（2013
3.张婷，周学军，赵倩倩，张元植．新型外包U型钢与混凝土组合简支梁的抗剪强度分析[C] ．工业建筑 2010,
4.张婷，王成强，董怀贤．外包U型钢与混凝土组合简支梁静力性能试验研究 [C] ．工业建筑, 2010, 5. 张元植，周学军，张婷，赵倩倩．外包U型钢—混凝土组合梁正截面受弯承载力计算与试验研究 [C] ．工业
建筑, 2010, 6.赵倩倩，周学军，张婷，张元植．《外包U型钢-混凝土组合梁有限元非线性分析》，《建筑结构》，2011 7.周学军，王晓晔，张元植．外包U型钢—混凝土组合梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析．土木
工程学报 2010，S1； 8. Xue Jun Zhou, Mechanics and Materials;Volume: 94-i96；Theoretical analysis of shearing capacity of U
（1）塑性中和轴在混凝土翼缘板内时：
根据力的平衡得：
组合梁的极限正截面受弯承载力对中和轴取矩
2.塑性中和轴在组合梁腹板内：
同理得到：
（3）当塑性中和轴在U型钢外翻钢板厚度内时：
极限受弯承载力计算值与实验值比较
基于现行钢结构设计规范(GB50017-2003），考虑全截面塑 性发展对组合梁极限受弯承载力进行计算，计算值接近试验 值，宜按完全抗剪连接进行计算。
（6）杨强胜：基于节点域剪切破坏的外包U型钢混凝土组合梁与方钢 管混凝土柱组合节点承载能力的理论分析（2013）
（7）林彦（博士）：新型外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱 节点动力性能的理论分析与试验研究（2010）
发表的相关学术论文
1. 王晓晔、周学军、董颖杰，《外包U型钢与混凝土组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力计算》，《工业建 筑》2009；
砼板压酥断裂破坏
JZL6
混凝土板的裂缝明显开展
砼板压酥断裂破坏
2.4测试结果及分析
荷载-挠度曲线图
图2.31 水平滑移变形测量 图2.38 竖向掀起位移变形测量
试件跨中上表面混凝土荷载-应变曲线图
曲线存在弹性和弹塑性阶段，当外包钢底板屈服后，荷 载增加缓慢，混凝土的应变变化加快，构件破坏时，混凝 土受压应变能够达到极限压应变。
-section steel-encased concrete composite beams with the full connection design，958-961, 2011.10 9 .Xue Jun Zhou, Applied Mechanics and Materials;Volume: 99-100；Theoretical analysis of bending capacity of U-section steel-encased concrete composite beams with the full connection design，327 -331 , 2011.10
3.3跨中挠度计算
基本假定
（1）变形前后，外包钢梁和混凝土分别符合各自的平截面假 定；
（2）在U型钢梁截面内填充混凝土，避免外包钢发生整体 失稳和局部屈曲破坏。
（3）从水平滑移值和竖向掀起位移值来看，栓钉内隔板的 组合梁其混凝土与钢板粘结性能比角钢连接的好。
3.简支外包钢与混凝土组合梁承载能力的理论分析
3. 2完全剪力连接外包钢与混凝土组合梁正截面受弯
图3.2 组合梁中和轴位置示意图截面
基金支持：山东省科技计划重点项目。山东省省建设厅科技计划、自然科学基金、
企业பைடு நூலகம்向委托项目
一、简支外包U型钢与混凝土组合梁 承载能力研究
主要研究内容
连接件为栓钉及内隔板
连接件为角钢
主要研究内容
(1)对6根简支外包U型钢与混凝土组合梁足尺试件进行了试 验研究,了解组合梁的受力性能。
(2) 对简支外包U型钢与混凝土组合梁的正截面抗弯承载力、 变形计算公式、抗剪承载力进行理论推导，得出合理简便的 用于工程计算的公式。
2.Xue Jun Zhou,Ting Zhang,Yuan Zhi Zhang.《Calculation and Analysis of the Deflections of U-Section Steel-Encased Concrete Composite Beams》，《Advanced Materials Research》Vols.163— 167（2011）pp845—853
跨中底部钢板荷载-应变曲线图
在底板屈服前钢梁应变呈线性增长；试件在承载力极限状 态下，跨中底部钢板均已超过屈服应变，底板屈服后应变增 长较快，但荷载依然没有明显下降，表现出较好的延性。
图2.45 跨中沿截面高度应变分布图
小结
（1）栓钉加内隔板的组合梁可视为完全抗剪连接，近似符 合平截面假定，主要表现为正截面弯曲破坏。
2 .简支外包钢与混凝土组合梁的试验研究 2.1试验构件
图2.2以角钢为抗剪连接件的简支梁实图
图2.4以栓钉+内隔板为抗剪连接件的简支组合梁实图
2.2加载模式及测点布置
JZL3
JZL4
JZL5
外包U型钢混凝土组合梁研究工作进展
研究什么？
优点：比普通混凝土梁承 载力高，比普通工字钢 梁稳定性好，比普通钢 与混凝土组合梁抗火性 能好。
与钢筋桁架模板配合，施 工无需搭设脚手架，工 业化程度高。
研究工作概况 2007年起开始外包U型钢与混凝土组合梁的相关
研究
（1）张婷：外包U型钢与混凝土组合简支梁静力性能试验研究 （2008）
（2）赵倩：外包U型钢与混凝土组合梁主次梁节点抗剪机理分析与试 验研究（2008）
（3）王晓晔：外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱节点静动力 性能的试验研究与理论分析（2007）
（4）张元植：外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱节点力学性 能分析（2008）
（5）韩雪野：基于梁端塑性铰破坏的外包U型钢混凝土组合梁与方钢 管混凝土柱组合节点力学性能理论分析（2013
3.张婷，周学军，赵倩倩，张元植．新型外包U型钢与混凝土组合简支梁的抗剪强度分析[C] ．工业建筑 2010,
4.张婷，王成强，董怀贤．外包U型钢与混凝土组合简支梁静力性能试验研究 [C] ．工业建筑, 2010, 5. 张元植，周学军，张婷，赵倩倩．外包U型钢—混凝土组合梁正截面受弯承载力计算与试验研究 [C] ．工业
建筑, 2010, 6.赵倩倩，周学军，张婷，张元植．《外包U型钢-混凝土组合梁有限元非线性分析》，《建筑结构》，2011 7.周学军，王晓晔，张元植．外包U型钢—混凝土组合梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析．土木
工程学报 2010，S1； 8. Xue Jun Zhou, Mechanics and Materials;Volume: 94-i96；Theoretical analysis of shearing capacity of U
（1）塑性中和轴在混凝土翼缘板内时：
根据力的平衡得：
组合梁的极限正截面受弯承载力对中和轴取矩
2.塑性中和轴在组合梁腹板内：
同理得到：
（3）当塑性中和轴在U型钢外翻钢板厚度内时：
极限受弯承载力计算值与实验值比较
基于现行钢结构设计规范(GB50017-2003），考虑全截面塑 性发展对组合梁极限受弯承载力进行计算，计算值接近试验 值，宜按完全抗剪连接进行计算。
（6）杨强胜：基于节点域剪切破坏的外包U型钢混凝土组合梁与方钢 管混凝土柱组合节点承载能力的理论分析（2013）
（7）林彦（博士）：新型外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱 节点动力性能的理论分析与试验研究（2010）
发表的相关学术论文
1. 王晓晔、周学军、董颖杰，《外包U型钢与混凝土组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力计算》，《工业建 筑》2009；
砼板压酥断裂破坏
JZL6
混凝土板的裂缝明显开展
砼板压酥断裂破坏
2.4测试结果及分析
荷载-挠度曲线图
图2.31 水平滑移变形测量 图2.38 竖向掀起位移变形测量
试件跨中上表面混凝土荷载-应变曲线图
曲线存在弹性和弹塑性阶段，当外包钢底板屈服后，荷 载增加缓慢，混凝土的应变变化加快，构件破坏时，混凝 土受压应变能够达到极限压应变。
-section steel-encased concrete composite beams with the full connection design，958-961, 2011.10 9 .Xue Jun Zhou, Applied Mechanics and Materials;Volume: 99-100；Theoretical analysis of bending capacity of U-section steel-encased concrete composite beams with the full connection design，327 -331 , 2011.10
3.3跨中挠度计算
基本假定
（1）变形前后，外包钢梁和混凝土分别符合各自的平截面假 定；
（2）在U型钢梁截面内填充混凝土，避免外包钢发生整体 失稳和局部屈曲破坏。
（3）从水平滑移值和竖向掀起位移值来看，栓钉内隔板的 组合梁其混凝土与钢板粘结性能比角钢连接的好。
3.简支外包钢与混凝土组合梁承载能力的理论分析
3. 2完全剪力连接外包钢与混凝土组合梁正截面受弯
图3.2 组合梁中和轴位置示意图截面
基金支持：山东省科技计划重点项目。山东省省建设厅科技计划、自然科学基金、
企业பைடு நூலகம்向委托项目
一、简支外包U型钢与混凝土组合梁 承载能力研究
主要研究内容
连接件为栓钉及内隔板
连接件为角钢
主要研究内容
(1)对6根简支外包U型钢与混凝土组合梁足尺试件进行了试 验研究,了解组合梁的受力性能。
(2) 对简支外包U型钢与混凝土组合梁的正截面抗弯承载力、 变形计算公式、抗剪承载力进行理论推导，得出合理简便的 用于工程计算的公式。
2.Xue Jun Zhou,Ting Zhang,Yuan Zhi Zhang.《Calculation and Analysis of the Deflections of U-Section Steel-Encased Concrete Composite Beams》，《Advanced Materials Research》Vols.163— 167（2011）pp845—853
跨中底部钢板荷载-应变曲线图
在底板屈服前钢梁应变呈线性增长；试件在承载力极限状 态下，跨中底部钢板均已超过屈服应变，底板屈服后应变增 长较快，但荷载依然没有明显下降，表现出较好的延性。
图2.45 跨中沿截面高度应变分布图
小结
（1）栓钉加内隔板的组合梁可视为完全抗剪连接，近似符 合平截面假定，主要表现为正截面弯曲破坏。