钢--混凝土组合梁的概述和发展历史

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-混凝土组合结构的发展现状钢-混凝土组合结构是一种结合了钢结构和混凝土结构优点的新型结构体系，已经在工程应用中取得了广泛的应用。

钢-混凝土组合结构具有高刚度、高强度、抗震性能好等优点，能够满足大跨度、高承载、重载、高层建筑和桥梁等工程的需要，成为现代建筑和桥梁工程的重要结构形式之一。

本文将对钢-混凝土组合结构的发展现状进行详细介绍。

一、发展历程钢-混凝土组合结构的发展可以追溯到19世纪末，当时就有人开始研究将钢结构和混凝土结构组合在一起的可能性。

20世纪初，欧美国家开始对钢-混凝土组合结构进行系统研究，并逐渐应用于工程实践中。

20世纪50年代，随着钢结构和混凝土结构的发展，钢-混凝土组合结构的设计理论、计算方法和施工工艺逐渐完善，成为一种成熟的结构形式。

二、发展现状1. 结构形式钢-混凝土组合结构可以按照结构构件的连接形式分为钢-混凝土组合梁、钢-混凝土组合柱、钢-混凝土组合框架等。

钢-混凝土组合梁是最常见的一种形式，结构构件一般由钢构件和混凝土构件通过连接件组合在一起，发挥各自的优势，形成一个整体结构。

2. 技术特点钢-混凝土组合结构在技术上具有多项优势。

由于钢结构的高强度和刚度以及混凝土结构的良好的抗压性能和耐久性，钢-混凝土组合结构能够在较小的截面尺寸下承担更大的荷载，减少了结构自重，提高了结构的有效使用空间；由于钢-混凝土组合结构中的钢结构和混凝土结构能相互协作，使得结构具有良好的抗震性能和变形能力，有利于提高建筑物的抗灾能力；由于钢-混凝土组合结构的施工过程可以分为工厂制作和现场拼装，可以大大节省施工时间和人力成本，提高施工效率。

3. 应用领域三、发展趋势1. 新材料应用随着新材料的不断发展，如高强混凝土、高强度钢材、复合材料等，可以为钢-混凝土组合结构的发展带来新的机遇。

新材料的应用可以进一步提高钢-混凝土组合结构的强度、刚度和耐久性，为工程结构的设计和施工提供更多的选择。

2. 结构优化设计钢-混凝土组合结构的优化设计将是未来的发展方向。

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.。

钢-混凝土组合结构综述摘要：本文介绍了钢-混凝土组合结构的一般概念和发展概况，对钢-混凝土组合结构的研究和工程应用进行了叙述，总结了组合梁、压型钢板与混凝土组合板、钢管混凝土结构、型钢混凝土组合结构的特点，对钢-混凝土的前景进行展望。

关键词: 钢-混凝土组合结构；应用；发展；未来展望引言钢一混凝土组合结构是由钢材和混凝土两种不同性质的材料经组合而成的一种新型结构。

它是钢和混凝土两种材料的组合,充分发挥了钢材抗拉强度高、塑性好和混凝土抗压性能好的优点,弥补彼此各自的缺点,已被广泛的应用在高层超高层建筑、重工业建筑、桥梁结构、大跨度和高耸结构中,并逐渐形成了与传统四大结构(钢结构、混凝土结构、木结构、砌体结构)并列的第五大结构。

我国自80年代以来开始系统研究钢一混凝土组合结构,对梁、柱、连接节点等进行了深人的试验研究和理论分析,并在实际工程中得到了较好的应用,取得了良好的经济效益和社会效益。

1 概述钢与混凝土组合结构依照钢材形式与配钢方式不同又有多种种类,并且一些新的结构形式仍在不断出现。

目前研究较为成熟与应用较多的主要有下列几种：(1) 组合梁将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。

混凝土板可以是现浇混凝土板,也可以是预制混凝土板、压型钢板混凝土组合板或预应力混凝土板。

钢梁可以用轧制或焊接钢梁。

其特点同样是混凝土受压,钢梁主要受拉与受剪,受力合理,强度与刚度显著提高,充分利用混凝土的有利作用。

并且由于侧向刚度大的混凝土板与钢梁组合连接在一起,很大程度上钢结构容易发生整体失稳和局部失稳。

组合梁较非组合梁不仅节约钢材，降低造价，还降低了梁的高度。

这在建筑或工艺限制梁高的情况下，采用组合梁结构特别有利。

在一般的民用建筑中，钢梁截面往往由刚度控制，而组合梁由于钢梁与混凝土板共同工作，大大地增强了梁的刚度。

增加了梁的承载力，降低冲击系数。

抗震性能好，抗疲劳强度高，局部受压稳定性能良好，使用寿命长。

（2）压型钢板与混凝土组合板这是在压成各种形式的凹凸肋与各种形式槽纹的钢板上浇筑混凝土而制成的组合板,依靠凹凸肋及不同槽纹使钢板和混凝土组合在一起。

钢-混凝土组合梁2015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。

组合梁的发展以钢－混凝土组合梁为基本构件的钢－混凝土组合结构，兼有钢结构和钢筋混凝土结构的优点，并且能够发挥刚才的抗拉强度高、混凝土抗压强度高的材料特性。

因此，钢－混凝土组合结构是一种较为理想的新型结构体系。

钢－混凝土组合梁从开始出现到现在，其应用范围不断扩大：从桥梁结构上的大跨桥面梁、工业建筑上的重荷载平台梁和吊车梁，到要求所用梁截面高度小、自重轻的民用建筑中的组合楼层，都有广泛的应用，它的应用大致可以分为四个阶段：（1）钢－混凝土组合梁大约出现于20世纪20年代，随后，在30年代中期出现了在钢梁和混凝土板之间加入各种各样连接件的构造方法。

（2）从20世纪40年代到60年代可认为是组合梁发展的第二阶段。

这一阶段，对组合梁开始深入、细致的实验研究。

许多技术先进的国家都制定了有关组合梁设计的规范或者规程。

最早的组合梁设计的规范或者规程大多针对桥梁结构：美国颁布于1944年，德国颁布于1945年，日本制定于1959年。

各国应用和研究钢－混凝土组合梁几乎都是从桥梁结构开始的。

（3）从20世纪60年代到80年代可认为是组合梁发展的第三阶段。

本阶段在总结以前研究和应用成果的基础上，进一步改进了有关组合梁的设计规发和规程。

60年代开始，结合梁的设计理论逐步从弹性的转化为塑性。

（4）从20世纪80年代初至今，为组合结构应用和发展的第四阶段。

进入80年代，相继出现了预制装配式钢－混凝土组合梁、预应力钢－混凝土组合梁和用压型钢板作为楼层混凝土板底模的组合梁等多种形式的组合梁。

组合梁的受力性能研究概况最早对组合梁进行研究的是加拿大Gillespie等人，于1922年对组合梁进行了实验工作。

英国学者E.S.Andreus首次提出了给予弹性理论的换算截面法，这标志着对钢－混凝土组合梁开始进行了定量化的研究。

但是由于换算截面法没有考虑钢与混凝土交界面相对滑移的影响，后来一些学者提出了考虑钢与混凝土交界面相对滑移的分析法。

目录1 钢-混凝土组合梁的定义及分类 (1)1.1 定义 (1)1.2 分类 (2)2 钢-混凝土组合梁的发展历程 (5)2.1萌芽阶段 (5)2.2发展阶段 (5)2.3全面研究、实用阶段 (6)2.4深入研究、推广应用、完善规范阶段 (6)3 钢-混凝土组合梁的工程应用实例 (8)3.1 多层工业厂房 (8)3.2 高层建筑 (10)3.3 桥梁结构 (11)4 钢-混凝土组合梁的前景 (12)参考文献 (13)钢-混凝土组合梁结构的发展概述1 钢-混凝土组合梁的定义及分类1.1 定义钢-混凝土组合结构是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构形式[1]。

目前钢-混凝土组合结构的主要形式包括组合结构、组合楼板、组合桁架、组合柱等组合承重体系以及组合斜撑、组合剪力墙等组合抗侧力体系，应用领域包括高层及超高层建筑（如图1所示）、大跨桥梁、地下工程、矿山工程、港口工程以及组合加固和修复工程等[2]。

本文主要对钢-混凝土组合梁进行介绍。

图1 赛格广场大厦（深圳）钢-混凝土组合梁作为建筑房屋的横向承重构件，通过抗剪连接件将钢梁与混凝土板组合成一个整体来抵抗各种外界作用，能够充分发挥钢梁抗拉、混凝土板受压性能好的优点，与非组合梁结构相比，具有以下一系列的优点：（1）组合梁截面中混凝土主要受压，钢梁受拉，能过充分发挥材料特性，承载力高。

在承载力相同时，比非组合梁节约钢材约15%-25%。

（2）混凝土板参加梁的工作，梁的刚度增大。

楼盖结构的刚度要求相同时，采用组合梁可比非组合梁减小截面高度26%-30%。

组合梁用于高层建筑，不仅降低楼层结构高度，且显著减轻对地基的荷载。

（3）组合梁的翼缘板较宽大，提高了钢梁的侧向刚度，也提高了梁的稳定性，改善了钢梁受压区的受力状态，增强抗疲劳性能。

（4）可以利用钢梁的刚度和承载力承担悬挂模板、混凝土板及施工荷载，无需设置支撑，加快施工速度。

（5）抗震性能好。

（6）在钢梁上便于地焊接托架或牛腿，供支撑室内管线用，不需埋设预埋件。