钢-混凝土组合梁的发展历程
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 (10)
4 钢-混凝土组合梁的前景 (11)
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。
相比于混凝土结构，组合结构的缺点是需要采取防火及防腐措施。但组合结构的防火及维护费用比钢结构低，并且随着科学技术的发展，防腐涂料的质量和耐久性也在不断提高，为组合结构的应用提供了有利条件。
1.2 分类
组合梁自问世以来至今，各国学者们展开了广泛且具有深度的研究。目前，组合梁的种类已从单一的外包式钢-混凝土组合梁发展至T形组合梁、现浇混凝土翼板组合梁、预制混凝土翼板组合梁、叠合板翼板组合梁、压型钢板组合梁等形式。
钢-混凝土组合梁按照截面形式可以分为外包混凝土组合梁和钢梁外露的组合梁（如T形组合梁），如图2所示。外包混凝土组合梁又称为劲性混凝土梁或钢骨混凝土梁，主要依靠钢材与混凝土之间的粘结力协同工作；T形组合梁则依靠抗剪连接件将钢梁与混凝土翼板组合成一个整体来抵抗各种外界作用。大量的研究和实践经验表明，T形组合梁更能够充分发挥不同材料的优势，具有更高的综合性能，是组合梁应用和发展的主要形式。
（b）T形组合梁（无拖座）
（a）外包混凝土组合梁
（b）T形组合梁（有拖座）
图2 不同的组合梁截面形式
T形组合梁按照混凝土翼板的形式不同又可以分为现浇混凝土翼板组合梁、预制混凝土翼板组合梁、叠合板翼板组合梁以及压型钢板混凝土翼板组合梁等。如图3所示。
（1）现浇混凝土翼板组合梁（图3- a）：现浇混凝土翼板组合梁就是指组合梁的混凝土翼板是在施工现场进行现场浇筑的。它的优点是组合梁的混凝土翼板整体性好，缺点是需要现场支模，湿作业工作量大，施工速度慢。
（2）预制混凝土翼板组合梁（图3- b）：预制混凝土翼板组合梁就是指组合梁的混凝土翼板是事先预制好的，通过运输吊装等工序，在施工现场进行装配并在预留槽口处浇筑混凝土从而使之成为一个整体的形式。这种形式的组合梁的特点是混凝土翼板预制，现场只需要在预留槽口处浇筑混凝土，可以减少现场湿作业量，施工速度快，但是对预制板的加工精度要求高，不仅要求需要在预制板端部预留槽口，而且要求预留槽口在组合梁抗剪连接件的位置处对齐，同时槽口处需附加构造钢筋。由于槽口处构造及现浇混凝土是保证混凝土翼板和钢梁的整体工作的关键，因此，槽口处构造及现浇混凝土浇筑质量直接影响到混凝土翼板和钢梁的整体工作性能。
（3）叠合板翼板组合梁（图3- c）：叠合板翼板组合梁是我国科技工作者在
现浇混凝土翼板组合梁和预制混凝土翼板组合梁的基础上发展起来的新型组合梁，具有构造简单、施工方便、受力性能好等优点。预制板在施工阶段作为模板，在使用阶段则作为楼面板或桥面板的一部分参与板的受力，同时还作为组合梁混凝土翼板的一部分参与组合梁的受力，做到了物尽其用。
（4）压型钢板混凝土翼板组合梁（图3- d）：随着我国钢材产量和加工技术的提高，压型钢板的应用越来越广泛，尤其是在高层建筑中的应用越来越多。压型钢板在施工阶段可以作为模板，在使用阶段的使用功能则取决于压型钢板的形状、规格及构造。对于带有压痕和抗剪键的开口型压型钢板以及近年来发展起来的闭口型和缩口型压型钢板，还可以代替混凝土板中的下部受力钢筋，其他类型的压型钢板一般则只作为永久性模板使用。
图3 不同混凝土翼板形式的钢-混凝土组合梁截面形式组合梁采用的钢梁形式有工字型（轧制工字型钢、H型钢或焊接组合工字形钢）、箱型、钢桁架、蜂窝形钢梁等。同时，采用预应力技术可以进一步提高组合梁的力学性能和使用性能。按照施加预应力的部位不同，又可以分为在混凝土翼板里施加预应力的方式，也称体内预应力，目的是降低组合梁负弯矩区混凝土翼板的拉应力以控制混凝土开裂或减小裂缝宽度；也可以只在钢梁内施加预应
力，以减小使用荷载作用下组合梁正弯矩区钢梁的最大拉应力，这种方法也可以称为体外预应力。
2 钢-混凝土组合梁的发展历程
组合梁由于能充分发挥钢与混凝土两种材料的力学性能，在国内外获得广泛的发展与应用。组合梁自20世纪20年代出现以来，在桥梁结构中的大跨桥面梁、工业建筑中的重荷载平台梁和吊车梁以及对结构高度和自重都有较高要求的民用建筑组合楼盖中已得到广泛应用。钢-混凝土组合梁的发展过程大致如下[1] [3]（示意图见图4）：
2.1萌芽阶段
钢-混凝土组合梁出现于20世纪20年代，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件构造方法，这一时期是组合梁处于萌芽状态的初始阶段。1922年，Mackay HM在加拿大Domion桥梁公司进行了2 根外包混凝土钢梁试验[4]，几乎在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，1923年Caughen首次进行6根T型组合梁试验，建议可以根据材料力学方法进行设计。上述试验中试件在钢与混凝土交界面均没有机械连接件。而在1923 至1939 年间，美国、英国及其他欧洲各国等就没有连接件的钢与混凝土组合梁开展了进一步的试验研究，其中以1939年Batho、Lash和Kirkham 的试验研究最为深入全面[5]。研究表明，没有机械连接件的钢与混凝土接触面，在滑移一旦出现时组合梁就开始破坏。1933年Maning等第一次研究了采用机械抗剪连接件的组合梁。1933年Ros首次设计了推出试验来研究抗剪连接件，该方法行之有效，一直沿用至今。最早开始系统地研究配有机械连接的钢与混凝土组合梁是在1935-1936 年间，瑞士人V oellmy 进行螺旋筋剪力连接件组合梁试验[6]。
可以看到, 处于萌芽阶段的研究主要集中于考虑防水需要的外包混凝土钢梁及其实用连接件的研究。该阶段探索性的研究为后续钢与混凝土组合梁的蓬勃发展奠定了一定的基础。
2.2发展阶段
在这一个阶段，20世纪20-30 年代的研究成果尤其是采用抗剪连接件的组合梁在该阶段得到了较广泛的应用，并且开始制定相应的规程，同时关于实用连接件的研究工作进一步展开，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。1943
年，里海大学报道了槽钢连接件组合梁的试验报告[7]，并且在1954年L.M. Viest 首次对栓钉连接件进行研究，并提出以残余滑移为0.07mm 时的剪力作为允许抗剪临界值[8]，之后在1964 年Chapman 和Balakrishnan 首次进行了带头栓钉的研究[9] [10]，充分考虑了栓钉在钢与混凝土组合梁的滑移和掀起作用下的实际受力情况。研究和应用表明栓钉在提高了组合梁极限承载力的同时，也大大加快了组合梁的施工速度，并使组合梁后来能在压型钢板组合楼盖中应用成为可能。
2.3全面研究、实用阶段
这一阶段在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并受到广泛的重视。研究工作重点由简支梁研究转而开始了连续梁的研究，由完全剪力连接组合梁的研究转而开始了部分剪切连接组合梁的研究，由考虑允许应力设计方法转为考虑极限状态设计方法。其中代表性的理论研究成果有：1965 年R.G . Slutter ，R.G .Driscoll 提出了极限抗弯强度计算方法[11]、1971 年R.P. Johnson 关于纵向抗剪的计算[12]以及1975 年R.P. Johnson 提出部分剪力连接组合梁的强度和变形计算[13]等。 20世纪20-30 年代，萌芽阶段 20世纪40-50 年代，发展阶段 20世纪60-70 年代，全面研究，实用阶段
20世纪80 年代至今，深入研究、推
广应用，完善规范阶段图4 钢-混凝土组合梁的发展历程简图
2.4深入研究、推广应用、完善规范阶段
在前面工作的基础上，钢与混凝土组合梁又有了新的进展。研究工作从线性、平面构件开始向非线性、空间体系扩展。同时也开始出现新的截面组合形式。
这一阶段，相继出现了预制装配式钢-混凝土组合梁、叠合板组合梁、预应力钢-混凝土组合梁、钢板夹心组合梁等多种新的结构形式。同时，对组合梁在使用阶段所产生的问题以及新材料、新工艺的应用开展了更加细致的研究，并由线弹性向非线性，由平面结构向空间结构的方向进行了发展。
我国从50年代初期开始研究组合梁结构，之后在公路、铁路桥梁方面得到应用。如1957年建成的武汉长江大桥，其上层公路桥的纵梁（跨度18m）采用了组合梁，但当时在应用中并未考虑钢与混凝土材料之间的组合效应，而仅仅将其作为强度储备以提高安全度或者是为了方便施工。在房屋建筑方面，早在50年代，北京钢铁设计研究总院对组合梁结构进行了探讨和研究。自20世纪80年代初以来，随着我国经济建设的快速发展、钢产量的大幅提高、钢材品种的增加、科研工作的深入、应用实践经验的积累，钢-混凝土组合梁结构得到了迅速的发展和越来越广泛的应用，应用范围已涉及建筑、桥梁、高耸结构、地下结构、结构加固等领域。例如：我国已建成的上海环球金融中心（492m）、金茂大厦（见图5，高421m）、深圳地王大厦（384m）、深圳赛格广场大厦（292m）等超高层建筑都采用了组合楼面；上海杨浦大桥（602m）、东海大桥（420m）、芜湖长江大桥（见图6，大桥主跨度312m）、深圳彩虹桥（150m）以及北京等城市的大量立交桥也都使用了钢-混凝土组合梁作为桥面系。大量工程应用实例证明，钢-混凝土组合梁综合了钢梁和钢筋混凝土梁的优点，可以用传统的施工方法和简单的施工工艺获得优良的结构性能，技术经济效益和社会效益显著，非常适合我国基本建设的国情，是具有广阔应用前景的新型结构形式之一。
图5 金茂大厦（421m）
图6 芜湖长江大桥（312m）
目前, 各国均对组合结构编制了相应的规范。其中，欧洲规范4 (Eurocode 4)是一本专门的钢-混凝土组合梁的设计规范；我国现行规范和规程如《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《型钢混凝土组合结构技术规程》(JCJ138-2001)、《钢-混凝土组合结构设计规程》(DL/T 5085-1999)和《钢-混凝土组合结构施工规范》（GB50901-2013）等也都可以指导钢-混凝土组合结构设计与施工。
3 钢-混凝土组合梁的工程应用实例
3.1 多层工业厂房
1988年开始建设的国家重点建设项目——太原第一热电厂五期工程，由山西省电力勘测设计院设计。该工程的集中控制楼位于两台锅炉之问，处在第一台锅炉的安装通道上，只有在第一台锅炉的大件吊装完，塔吊退出后才能进行全面施工，因此，第一台机组能否早日发电取决于集中控制楼的工期。集中控制楼楼面设计荷载为25~35 kN/m2。对集中控制楼设计必须选择施工工序简单，便于立体交叉作业和多层同时施工且能最大限度地加快施工速度的结构型式。为此，在钢-混凝土组合楼层的三个方案(现浇楼板、压型钢板-混凝土组合楼板、混凝土叠合楼板组合梁)中选择了叠合板组合梁方案，柱为钢管混凝土柱，通过加强环与组合梁相连，形成了完整的钢-混凝土组合结构体系。当时，由于钢-混凝土叠合板组合梁的应用在国内尚无先例，又无设计规范可循，因此在设计前，山西省电
力勘测设计院和郑州工学院合作，对叠合板组合梁进行了试验研究，包括钢筋混
凝土简支叠合板、连续叠合板、钢-混凝土叠合板简支和连续组合梁等，成果为叠合板组合楼层结构设计提供了依据。集中控制楼柱网尺寸为7 m×9 m，次梁沿纵向布置(梁跨9 m)并支承在梁跨为7m的主梁上，如图7所示。预制板跨3.5 m，宽0.8~2.2 m，厚度70 mm，预制板中配置了楼板的正弯矩钢筋。在板的上表面沿每米宽布置1列、纵向间距为300 mm、直径为,6构造抗剪钢筋(如图8所示)。浇灌预制板时在其上表面用竹扫帚拉毛以使其具有一定的粗糙度。组合梁混凝土翼缘的横向配筋率为0.7％，包括伸出预制板端120mm的“胡子筋”和现浇层中的负钢筋。组合梁中支座弯矩调幅度取15％。值得指出的是，由于叠合板组合楼层设计在当时尚无规范可循，又没有实例参考，故集中控制楼楼层结构设计偏于保守。尽管如此，它同现浇组合楼层相比，不仅缩短工期1/3，而且由于节省了支模工序和模板等降低造价18％。与压型钢板组合楼层相比，节省钢材30％，降低造价76％。由于缩短工期使第一台机组提前发电所创造经济效益近700万元。继太原第一热电厂第五期工程之后，第六期工程和阳泉第二发电厂等工程也采用了叠合板组合梁结构。
图7 太原第一热电厂柱网布置及组合梁截面
图8 钢-混凝土叠合板组合梁构造
3.2 高层建筑
北京国际技术培训中心的两幢18层塔楼，楼盖结构采用冷弯薄壁型钢-混凝土简支组合梁，跨度6 m，间距1.5 m，组合梁全高300 mm(包括混凝土楼板厚度)。梁的截面如图9所示。组合楼盖结构设计是以试验研究成果为依据的。栓钉剪力连接件设计采用文献[14]的研究成果，节约栓钉用量达47％(仅这2幢高层建筑的楼盖结构就节约栓钉近10万个)。与钢筋混凝土叠合楼板相比较，结构自重降低29％，水泥消耗节约34％，钢材消耗节约22％，木材消耗节约7％，造价降低5％，施工周期缩短25％，并且使建筑标准提高了一大步，实现了建设部对小康住宅提出的“造价不高水平高，标准不超质量高”的要求，为我国城镇住宅建设提供了一种轻型、优质、大跨的楼盖结构型式，这种新型组合梁在高层建筑楼盖结构中具有广阔的应用前景，有利于推动大开问灵活分隔的高层建筑的发展。
钢-压型钢板混凝土组合结构在高层建筑中的应用也在不断发展，如深圳赛格广场、上海世界金融大厦、金茂大厦等超高层建筑的楼板也采用了压型钢板组合楼板。压型钢板组合楼盖的最大优点是施工速度快，但造价比较高。
图9 冷弯薄壁型钢一混凝土组合梁截面
3.3 桥梁结构
1993年，北京市市政工程设计研究总院设计的北京国贸桥，在三个主跨采用了钢-混凝土叠合板连续组合梁结构，其侧面和横剖面如图10所示。当时叠合板组合梁在国内城市立交桥中的应用尚属首次。其综合效益为：
(1)比原现浇桥面板方案节省近4000 m2的高空支模工序和模板，减小现场湿
作业量，缩短工期近一半，未中断下部交通；
(2)比钢筋混凝土梁桥自重减轻约50％；
(3)比钢桥节省钢材30％左右。
图10 国贸桥三跨钢-混凝土连续叠合板组合梁
模拟气超-20的静载试验结果和分析表明，该桥具有同现浇桥面板组合梁一样的受力性能，再次证明钢-混凝土叠合板组合梁具有良好的整体工作性能。它在桥梁结构中的成功应用实现了“轻型大跨、预制装配、快速施工”的目的，符合我国城市立交桥建设的国情。继国贸桥之后，仅北京又有6座大跨立交桥的主跨采用了这种结构型式，最大跨度已达到70m，取得了显著的技术经济效益和社会效益。
钢-混凝土叠合板组合梁的显著优点是省掉了高空支模工序和模板。用于桥梁可以不中断下部交通，用于建筑可以省去满堂红脚手架，对于减少现场作业量和保护环境等都是有利的。有关专家对多座城市大跨立交桥结构方案(包括预应力钢筋混凝土桥、钢桥及钢-混凝土组合梁桥)比较后认为，钢-混凝土叠合板组合梁方案的综合效益最好。
4 钢-混凝土组合梁的前景
大量工程应用实例证明，钢-混凝土组合梁综合了钢梁和钢筋混凝土梁的优
点，可以用传统的施工方法和简单的施工工艺获得优良的结构性能，技术经济效益和社会效益显著，非常适合我国基本建设的国情，是具有广阔应用前景的新型结构形式之一。
为了促进传统结构的发展，还需要加大对钢-混凝土组合结构研究的投入。在组合梁领域值得进一步研究的问题包括组合梁在复合受力状态下的性能与设计方法、组合梁截面的优化、预应力组合梁、桁架组合梁、大跨组合梁的温度、徐变和收缩效应、新型组合梁的开发、钢-混凝土组合结构体系的整体性能、钢-混凝土组合楼盖的空间作用、钢-压型钢板组合梁的组合效应利用问题，组合梁在超高层建筑中的应用问题等，将钢-混凝土组合梁用于超高层建筑的转换层结构是值得探讨的，它将克服目前转换层钢筋混凝土大梁尺寸过大的问题。此外，有必要尽快制订一部完整的适合我国基本建设国情的钢一混凝土组合结构设计规程。
参考文献
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钢混凝土组合梁的构造要求
11.2.1组合梁截面高度不宜超过钢梁截面高度的2.5倍；混凝土板托高度`h_(c2)`不宜超过翼板厚度`h_(c1)`的1.倍；板托的顶面宽度不宜小于钢梁土翼缘宽度与`1.5h_(c2)`之和。11.5.2组合梁边梁混凝士翼板的构造应满足图11.5.2的要求。有板托时，伸出长度不宜小于`h_(c2)`；无板托时，应同时满足伸出钢梁中心线不小于I50mm、伸出钢梁翼缘边不小于50mm的要求。 图11.5.2边梁构造图 11.5.3连续组合梁在中间支座负弯矩区的上部纵向钢筋及分布钢筋，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定设置。 11.5.4抗剪连接件的设置应符合以下规定: 1栓钉连接件钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面高出翼板底部钢筋顶面不宜小于30mm； 2连接件沿梁跨度方向的最大间距不应大于混凝土翼板（包括板托）厚度的4倍，且不大于40Omm； 3连接件的外侧边缘与钢梁翼缘边缘之间的距离不应小于20mm； 4连接件的外侧边缘至混凝土翼板边缘间的距离不应小于100mm； 5连接件顶面的混凝土保护层厚度不应小于15mm。 11.5.5栓钉连接件除应满足本规范第11.5.4条要求外，尚应符合下列规定: 1当栓钉位置不正对钢梁腹板时，如钢梁上翼缘承受拉，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的1.5倍；如钢梁上翼缘不承受拉力，则栓钉杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的2.5
倍。 2栓钉长度不应小于其杆径的4倍。 3栓钉沿梁轴线方向的间距不应小于杆径的6倍；垂直于梁轴线方向的间距不应小于杆径的4倍。 4用压型钢板做底模的组合梁，栓钉杆直径不宜大于19mm,混凝土凸肋宽度不应小于栓钉杆直径的2.5倍；栓钉高度`h_d`应符合`(h_e+30)≤h_d≤(h_e+75)`的要求（图11.3.2）。11.5.6弯筋连接件除应符合本章第11.5.4条要求外，尚应满足以下规定:弯筋连接件宜采用直径不小于12mm的钢筋成对布置，用两条长度不小于4倍（I级钢筋）或5倍（II级钢筋）钢筋直径的侧焊缝焊接于钢梁翼缘上，其弯起角度一般为45。，弯折方向应与混凝土翼板对钢梁的水平剪力方向相同。在梁跨中纵向水平剪力方向变化的区段，必须在两个方向均设置弯起钢筋。从弯起点算起的钢筋长度不宜小于其直径的25倍（I级钢筋另加弯钩），其中水平段长度不宜小于其直径的10倍。弯筋连接件沿梁长度方向的间距不宜小于混凝土翼板（包括板托）厚度的0.7倍。 11.5.7槽钢连接件一般采用Q235钢，截面不宜大于[12.6。 11.5.8钢梁顶面不得涂刷油漆，在浇灌（或安装）混凝士翼板以前应清除铁锈、焊渣、冰层、积雪、泥土和其他杂物。
钢与混凝土组合梁
第四章 钢与混凝土组合梁 思考题： 1．组合梁是由哪几部分组成的？钢梁与混凝土板之间能够共同工作的条件是什么？ 2．组合梁的设计计算理论有哪两种？一般各在什么情况下应用？ 3．组合梁按塑性理论计算时，钢梁截面应满足哪些要求？为什么？ 4．完全剪切连接组合梁按塑性理论计算时采用了哪些基本假定？ 5．连续组合梁在受力性能和设计计算方面有什么特点？ 6．连续组合梁按照弹性理论计算的原则和方法是什么？ 7．连续组合梁按塑性理论计算时应满足哪些要求？ 8．组合梁中的钢梁在哪些情况下可不进行整体稳定性验算？ 9．什么是部分剪切连接？一般在什么条件下，采用部分剪切连接的设计方法？ 10．在简支组合梁的变形计算中为什么采用折减刚度，而不直接采用换算截面刚度？ 习题： 1．某平台次梁采用钢与混凝土简支组合梁，梁的跨度为6m ，梁间距为2m ，梁的截面尺寸见题图4.1。施工阶段和使用阶段的活荷载标准值分别为1.5kN/m 2和6kN/m 2，使用阶段活荷载的准永久值系数5.0=q ψ。平台上有30mm 厚水泥砂浆面层，钢梁与混凝土之间无温差。混凝土的强度等级为C25（2N/mm 9.11=c f ，24N/mm 1080.2?=c E ），钢材采用Q235钢(2N/mm 215=f ,2N/mm 125=v f ,25N/mm 1006.2?=s E )。钢梁与混凝土板之间采用栓钉连接件，以承受交界面上全部的纵向剪力.试按弹性理论进行以下内容的验算： 施工阶段：(1) 钢梁的受弯承载力；(2) 钢梁的受剪承载力；(3) 钢梁的挠度； 使用阶段：(1)组合梁的受弯承载力；(2) 组合梁的受剪承载力；(3) 组合梁 的挠度；(4) 钢梁腹板的局部稳定性；(5) 剪切连接件设计。
钢一混凝土组合梁
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。 2、20世纪40年代～60年代。发展阶段 这一阶段是组合梁发展的第二阶段，在这一阶段，许多技术先进的国家对组合梁开展了比较深入的试验研究，对组合梁的分析基本上按照弹性理论进行分析，并制定了相关的设计规范和规程，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。 3、20世纪60年代～80年代，全面研究，实用阶段 由于钢-混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究工作进一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并广泛重视，研究工作重点也由简支梁研究转而开始了连续梁的研究，由完全剪力连接转为部分剪力连接；由考虑允许应力设计方法转为考虑极限状态设计方法；由弹性理论分析转为塑性理论分析。
钢-砼组合梁施工工艺
钢-砼组合梁施工工艺标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
钢-砼组合梁施工方法与施工工艺 按设计要求，主线桥每个钢梁分六段、H匝道桥分四段工厂制作，现场拼装，通过高强螺栓连接。 一、钢梁制作 钢梁制作选择有施工资质的工厂制造。 我单位提供钢箱梁全部设计详图及设计说明。另外结合施工现场情况，提供必要的施工安装说明等。 制作过程中，会同监理单位进行质量检验验收。并要求工厂提供各种材质试验、焊接试验及钢结构探伤试验报告；提供构件编号及工地预拼图。 焊缝要求：所有对接接头均为Ⅰ级焊缝；腹板与上翼板及底板之间为双面贴角焊缝，焊缝标准为Ⅰ级；其他焊缝均为Ⅱ级。 桥梁钢结构内外表面均须进行二次除锈(污)。第一次是钢材进厂之后在下料之前要进行一次预处理-喷丸(在喷丸机上进行)。并及时涂装车间底漆(约15-20μm)。第二次钢构件焊接成型后在涂装之前要进行一次喷砂(金刚砂)喷砂要在密闭空间、保温保湿的条件下进行(内表面不喷砂)。钢板外露面喷底漆和面漆等。 二、钢梁运输 钢梁制作完成后，经验收达到要求后由工厂运输至工地预拼场，运输采用预先制订的装车及运输方案进行，保证钢梁各种构件不致损伤、变形。 三、钢梁工地试拼装、钢梁组合连接 钢梁运至现场后，在吊装前需要进行试拼装。钢梁试拼前，应根据事先计算的预拱度和准确试拼位置；预先制造好胎模，确保试拼达到要求后，便于钢梁组合连接。钢梁组合拼装时，对容易变形的够应进行强度和稳定性验算，必要时采取加固措施。钢梁拼装、连接过程中，每完成一节应测量其位置、轴线、标高和预拱度，如有不符和要求即进行校正。钢梁连接高强度螺栓，长度与施工图一致，安装时应按顺序穿入孔内，方向全桥一致，不得强行穿入，且施工的预拉力应符合规范要求。 四、钢梁移梁及吊装就位 根据工地现场情况，采用增设临时支承，通过在广深高速公路两侧支立的两台220吨吊车，将钢梁段吊放在永久桥墩和临时支承上，进而进行钢梁连
钢-混凝土组合梁计算原理及截面设计
钢-混凝土组合梁计算原理及截面设计 钢-混凝土组合梁计算原理及截面设计 钢-混凝土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结构型式。它主要通过在钢梁和混凝土翼缘板之间设置剪力连接件（栓钉、槽钢、弯筋等），抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使之成为一个整体而共同工作。 钢－混凝土组合梁同钢筋混凝土梁相比，可以减轻结构自重，减小地震作用，减小截面尺寸，增加有效使用空间，节省支模工序和模板，缩短施工周期，增加梁的延性等。同钢梁相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，增强结构抗火性和耐久性等。 近年来，钢－混凝土组合梁在我国城市立交桥梁及建筑结构中已得到了越来越广泛的应用，并且正朝着大跨方向发展。钢－混凝土组合梁在我国的应用实践表明，它兼有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，适合我国基本建设的国情，是未来结构体系的主要发展方向之一。 计算原理 在钢－混凝土组合梁弹性分析中，采用以下假定： 1、钢材与混凝土均为理想的弹性体。 2、钢筋混凝土翼缘板与钢梁之间有可靠的连接交互作用，相对滑移很小，可以忽略不计。
3、平截面假定依然成立。 4、不考虑混凝土翼缘板中的钢筋（该假设只在正弯矩承载力计算时成立，负弯矩承载力计算式需考虑钢筋作用[1]）。 钢－混凝土组合梁弹性分析采用换算截面法。(a)表示换算前截面，(b)表示换算后截面。换算截面法的基本原理是：混凝土翼缘板按照总力不变及应变相同条件，换算成弹性模量为Es、应力为бs的与钢等价的换算截面面积。具体计算时，为了混凝土截面重心高度换算前后保持不变，换算时混凝土翼缘板厚度不变而仅将翼缘板有效翼缘宽度be除以α E（钢材弹性模量与混凝土弹性模量的比值。 求得等价的钢梁截面后，可以按照材料力学的方法来计算截面的抗弯承载力。设换算后截面的惯性矩为 I换算，换算截面形心轴距离钢梁底部为y 换算，组合梁总高为y换算作用在截面上的弯矩为M，而组合梁挠度的计算，则按照换算截面惯性矩计算组合梁截面刚度后，再由结构力学的方法计算梁的挠度。 截面设计 根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86），对钢－混凝土组合梁进行了设计。如图4所示，为该工程选用的组合梁截面图。钢梁选为Q345B钢，混凝土翼缘板用 C40混凝土，剪力连接件采用[10槽钢。组合梁总高为1650mm，高跨比约为31.5。组合梁截面换算惯性矩为8.576×1010mm^4，而纯钢梁的截面惯性矩只有5.228×10 10mm^4，组合梁截面惯性矩是纯钢梁的1.64倍，大大提高了组合梁的刚度，减小了组合梁在荷载作用下的挠度
浅议钢筋混凝土梁与钢-混凝土组合梁
浅议钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土梁 摘要：分析钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土梁的设计和计算的异同，重点探讨钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土梁的变形特点、裂缝、受弯承载力，在分析的基础上，加深对其的了解，从而知道钢-混凝土组合梁是组合结构中最常见的组合构件之一，是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型梁，它是由钢筋混凝土翼缘板，钢梁肋部和抗剪连接件组成的整体受力构件。钢与混凝土组合梁结构充分利用了钢材受拉性能好和混凝土受压性能好的特点，是将两种材料通过连接件组合成整体而共同工作发挥作用的一种新型结构。钢筋混凝土梁形式多种多样，是房屋建筑、桥梁建筑等工程结构中最基本的承重构件，应用范围极广。 关键词：钢-混凝土组合梁、钢筋混凝土梁、变形、受弯、裂缝 前言：钢-混凝土组合梁是由钢梁、连接件和钢筋混凝土板组成，而钢筋混凝土梁是用钢筋混凝土材料制成的梁。钢-混凝土组合梁的上翼缘有截面面积较大的钢筋混凝土板承受压力，致使钢梁上翼缘截面减小，从而节约钢材，钢梁下翼缘则承受拉力，这是组合梁的受力特点。钢筋混凝土梁既可作成独立梁，也可与钢筋混凝土板组成整体的梁-板式楼盖，或与钢筋混凝土柱组成整体的单层或多层框架。 1、变形 1.1钢-混凝土组合梁 1.1.1 在荷载保持不变的情况下，由于混凝梁发生收缩徐变，组合梁的变形将不断增加。 1.1.2 混凝土的收缩徐变受到钢梁的约束，组合梁截面中将产生内力重分布，这种内力重分布也会对组合梁的长期变形产生影响[1]。 中国现行《钢结构设计规范))(G B50017，送审稿) [2] 和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)[3]中均采用降低棍凝土弹性模量的方法来考虑混凝土收缩徐变对组合梁长期变形的影响，混凝土长期荷载作用下的有效弹性模量E为
钢与混凝土组合结构
钢与混凝土组合结构 随着我国经济的快速发展，各种新的结构型式不断涌现。其中刚与混凝土组合结构越来越受到大家的重视，由于组合结构具有许多突出的优点，高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建，各种型式组合结构逐渐被广泛应用。组合结构已经和钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。一、压型钢板与混凝土组合板。压型钢板与混凝土组合板是在压成各种形式的凹凸肋与中形式槽纹的钢板上浇注混凝土而制成的组合板，依靠凹凸肋及不同的槽纹使钢板与混凝土组合在一起。 压型钢板安琪在组合楼板中的作用可分为三类。第一类，以压型钢板作为楼板的主要承重构件，混凝土只是作为楼板的面层以形成平整的表面及起到分布荷载的作用。第二类，压型钢板只作为混凝土的永久性模板，并作为施工时的操作平台。第三类，是考虑组合作用的压型钢板混凝土组合结构。 其优点在于：1、节省大量木模板及其支撑。2、压型钢板非常轻便，因此堆放、运输及安装都非常方便。3、压型钢板在使用阶段，因其和混凝土的组合作用，还可代替受拉钢筋。4、组合楼板具有较大的刚度，省却许多受拉区混凝土，使组合楼板的自重减轻。5、便于铺设通信、电力、采暖等管线。6、压型钢板作为浇注混凝土的模板直接支撑于钢梁上，而且为各种作业提供了宽广的工作平台，大大加快
了施工的进度，缩短了工期。7.压型钢板可直接作顶棚。8.与木模相比，压型钢板组合楼板施工时，减小了发生火灾的可能性。
二、组合梁。将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。组合梁根据混凝土板与钢梁组合连接程度可分为完全剪切连接组合梁和部分剪切连接组合梁；两大类。 组合梁充分发挥了混凝土和钢材的有利性能，因此具有以下优点：1、混凝土板成为组合梁的一部分，比按非组合梁考虑，承载力显著提高。2、比非组合梁的竖线刚度侧香刚度都明显提高。3、混凝土与钢梁两种材料都能充分发挥各自的产出，受力合理，节约材料。4、明显的提高了钢梁的整体与局部的稳定性。5、降低梁高和房屋高度。 6、大量节约钢材及降低整个工程造价。 三、型钢混凝土结构。型钢混凝土结构是在混凝土中主要配置型钢，也有构造钢筋及少量受力钢筋。配钢的形式可分为实腹式型钢和空腹式型型钢两大类。实腹式配钢主要工字钢、槽钢、H型钢等。空腹式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架。 其优点在于：1、由于截面中配置了型钢，使构件承载力、刚度大大提高，因而大大减小了构件的断面尺寸，明显增加了房间的使用面积，也使房间中的设备、家具更好布置。2、由于梁截面高度的减小，增加房间净空，或降低了房屋的层高与总高。强度、刚度的显著提高，使其可以运用于大跨、重荷、高层、超高层建筑中。3、型钢混凝土结构不仅
钢-混凝土组合梁的发展历程
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 (10) 4 钢-混凝土组合梁的前景 (11) 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。 相比于混凝土结构，组合结构的缺点是需要采取防火及防腐措施。但组合结构的防火及维护费用比钢结构低，并且随着科学技术的发展，防腐涂料的质量和耐久性也在不断提高，为组合结构的应用提供了有利条件。 1.2 分类 组合梁自问世以来至今，各国学者们展开了广泛且具有深度的研究。目前，组合梁的种类已从单一的外包式钢-混凝土组合梁发展至T形组合梁、现浇混凝土翼板组合梁、预制混凝土翼板组合梁、叠合板翼板组合梁、压型钢板组合梁等形式。 钢-混凝土组合梁按照截面形式可以分为外包混凝土组合梁和钢梁外露的组合梁（如T形组合梁），如图2所示。外包混凝土组合梁又称为劲性混凝土梁或钢骨混凝土梁，主要依靠钢材与混凝土之间的粘结力协同工作；T形组合梁则依靠抗剪连接件将钢梁与混凝土翼板组合成一个整体来抵抗各种外界作用。大量的研究和实践经验表明，T形组合梁更能够充分发挥不同材料的优势，具有更高的综合性能，是组合梁应用和发展的主要形式。
钢与混凝土组合梁的应用实例
工 程 技 术 中国新技术新产品- 121 - 一、工程概况 某钢结构框架厂房，两层，柱距6m，底层跨度6m，四跨，层高4.2m，二层两跨12m，层高3.9m，二层楼面采用钢梁混凝土板，设计楼面活荷载2t/m 2，无动力荷载，屋面采用轻型彩钢板。抗震设防烈度6度，0.05g，地震分组第二组，场地类别二类，地基比较均匀，土质良好。 二、工程设计方案 根据工程基本情况，拟定设计方案采用底层钢框架，上层门式刚架，楼面沿纵向设置次梁兼做横向刚架侧向支撑，次梁间距3m。次梁采用混凝土-钢梁组合结构，主刚架梁采用非组合连续钢梁。刚架采用PKPM-STS钢结构整体计算。 三、楼板的设计计算 压型钢板-混凝土做组合楼板时，钢板能作为板底受力钢筋，比非组合楼板更省材料，但是，施工中需要采用比较可靠地连接构造传递压型板与混凝土结合面的纵向剪力，并需要在压型板上涂刷防火涂料及后期保护性维护。因此本工程采用非组合型楼板，压型板仅作为混凝土的永久支撑使用，楼板按照普通楼板设计。 四、组合梁的设计 1 组合梁的设计计算原则 组合梁均按照极限状态设计准则进行，塑性设计法比弹性设计法计算简便，且考虑钢梁的塑性承载力，与实际情况更吻合，安全的同时更加经济，本工程采用塑性设计方法计算组合梁的承载力。 2 简支组合梁的受弯承载力计算 计算组合梁的受弯承载力需首先确定梁属于完全抗剪连接或部分抗剪连接，然后采用相应的公式计算其受弯承载力。对于简支梁，仅存在正弯矩区，钢梁与混凝土面之间的纵向剪力Vs取Af和behc1fc中的较小值，若抗剪连接件能完全抵抗此纵向剪力，抗剪件不会进入全截面塑性状态，钢梁与混凝土理论上无相对滑移，即完全抗剪连接；若抗剪连接件不能完全抵抗纵向剪力，抗剪连接件全面进入塑性状态后，钢梁与混凝土之间将会产生相对滑动，即部分抗剪连接。 3 组合梁的抗剪承载力计算 组合梁的全部竖向剪力，由钢梁的 腹板承受，按下式计算：V≤hwtwfv，对于连接节点处，梁端剪力还应考虑强剪系数1.3。 4 本工程组合梁截面的选取和计算工程材料：混凝土C30，钢梁钢材Q 345B ，因采用压型钢板，抗剪连接件采用圆柱头栓钉，性能等级4.6级， f=215N/mm 2 ，r=1.67。 （1）梁上荷载计算 恒载：上部楼板自重，及楼板面层gk1=（25×0.2+1.1）×3.0=18.6kN/m gk2=1kN/m（钢梁自重）活荷载：使用荷载20kN/m 2qk=20×3=60kN/m （2）单个栓钉抗剪承载力 压型钢板组合梁，栓钉的抗剪承载力需要考虑折减系数βv，本工程压型钢板板肋垂直于钢梁布置， 其中，bw——混凝土凸肋的平均宽度，当肋的上部宽度小于下部宽度时，区上部宽度；he——混凝土凸肋的高度；hd ——栓钉的高度；n0——梁截面肋中栓钉数，多于3个时，按3个计算。 本工程中，将压型板较宽凸肋朝下，bw=120，单排按2个栓钉考虑，凸肋高度he=60，栓钉高度hd=130，30≤hd-he=70≤75，满足构造要求。 （3）钢梁截面的初步选择 钢梁的抗剪全部由腹板承担，故可以根据支座剪力及板的高厚比限制估算钢梁的高度 支座剪力V=[（18.6+1）×1.2+60× 1.4]×3=322.56kN 腹板主次梁连接处考虑切肢削弱每侧45mm，节点连接处考虑强剪系数1.3，腹板按弹性高厚比控制，则有： [V]=（66tw-90）×tw×180≥1.3× 322.56×1000 hw≥6.5，取板厚tw=8mm 反算梁高度h0 （H0-90）×8×180≥1.3×322.56×1000H0≥381mm，初步取H0=400mm进行试算 根据构造要求及试算，满足使用阶段的强度及刚度要求下，钢梁截面H=450，上翼缘宽度160mm，厚度12mm，下翼缘宽度200mm，厚度8mmAs=6960mm 2。 混凝土翼板的有效宽度be=b0+b1+b2 其中，b0=130（压型板上部宽度）b1=b2=min（L/6，6×hc1，S/2） =min（6000/6，6×160，3000/2） =1000 b e =b 0+b 1+b 2=130+1000+1000 =2130mm A×f=6960×310=2157.6kN·m b e ×h c 1×f c =2130×160×14.3 =4873.44kN·m 因此，组合梁的纵向剪力Vs=Af=2157.6kN·m 抗剪连接件的设置： 根据构造，最终设置单排2M16栓钉（As=201mm 2），单个栓钉抗剪承载力βv×Nvc=1.0×251.34×201=50.53kN，按完全抗剪连接，需栓钉排数n=2157.6/（50.53×2）=22排，排间距S=3000/22=136mm，因板肋的间距为200mm，不能保证栓钉均位于板肋上，故不能满足要求，因此改用部分抗剪连接设计，栓钉间距S=200mm，均设于板肋间，经过计算，钢梁强度及刚度满足要求，实际栓钉排数n=3000/200-1=14排，满足完全抗剪连接50%的最小要求，且钢梁翼缘，腹板厚度均满足相应的高厚比及其它构造要求。 （4）组合梁与非组合梁的经济型比较 如果采用非组合梁，按简支梁计算，需采用H600×200×10×10截面钢梁，As=9800mm 2，相对节省钢材率（9800-6960）/9800=28.9%。 参考文献 [1]张作运，陈远椿，周廷坦.钢与混凝土组合梁设计[M].北京：中国建筑工业出版社. 钢与混凝土组合梁的应用实例 李蔚然 （中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039） 摘 要：组合梁是由钢梁、钢筋混凝土板及两者之间的剪切连接件组成整体而共同工作的一种结构形式。混凝土处于受压区，钢梁主要处于受拉区，两种不同材料都能充分发挥各自的长处，受力合理，节约材料。本文通过一个工程实例，介绍一些该结构形式的技术特点及设计过程中的一些计算及构造细节。关键词：压型钢板组合梁；设计计算；设计方案中图分类号：TU375 文献标识码：A DOI:10.13612/https://www.wendangku.net/doc/5f7772281.html,tp.2016.01.111
钢--混凝土组合结构期末模拟题
土木工程专业 钢－混凝土组合结构试题 一、填空题（每空2分，共20分） 1、钢结构的焊接方法有电弧焊和电阻焊等，其中，的质量比较可靠，是最常用的一种焊接方法，常用于冷弯薄壁型钢的焊接。 2、温度应力、混凝土的收缩和徐变效应，只对按理论计算的组合梁产生影响，对与按理论计算的组合梁不必考虑。 3、用弹性理论计算设有临时支撑的组合梁受弯承载力时，钢梁的最大拉应力为，混凝土的最大压应力为。 4、钢管混凝土偏压构件稳定承载力的计算方法中的偏心矩增大系数法的主要优点是 和。 5、组合板的有效高度是压型钢板截面的到的距离。 二、选择题（每题3分，共15分） 1、组合梁剪力连接设计的临界截面不正确的是（） A、弯矩和竖向剪力最大处 B、所有的支点及零弯矩截面 C、悬臂梁的自由端 D、所有集中荷载作用下的截面 2、施工方法对组合梁的影响正确的有（）。 A、施工时钢梁下不设临时支撑，分两个阶段考虑，施工阶段的荷载由钢梁单独承受 B、施工时设置临时支撑的梁，分一个阶段考虑，需要进行施工阶段的验算 C、施工阶段时不设置临时支撑的梁，使用阶段采用塑性理论分析时，只需考虑使用荷 载和第二阶段新增加的恒载
3、采用栓钉作为组合梁的剪力连接件，当栓钉较弱时，极限承载力（）。 A、随栓钉直径和砼抗压强度等级增加而增加 B、随栓钉直径和抗拉强度增加而增加 C、随栓钉直径和砼抗拉强度等级增加而增加 D、只与栓钉强度有关 4、钢骨混凝土偏压柱的大小偏压说法正确的是（）。 A、大偏压构件的型钢受拉翼缘应力未达到屈服强度 B、小偏压构件的型钢受压边缘应力达到了屈服强度 C、区分大小偏压破坏的分界点理论是以受拉钢材合力作用点处应力是否达到屈服强度 作为依据 D、小偏压破坏之间有典型的界限破坏 5、钢管混凝土偏压构件承载力的四种计算方法中，（）分别考虑偏心率和长细比的影响，计算上比较方便，但未能明确反映两者的相互关系，存在一定的误差。 A、偏心矩增大系数法 B、经验系数法 C、M-N相关关系法 D、最大荷载理论 三、简答题（每题5分，共10分） 1、按照弹性理论计算的组合梁，施工阶段不设临时支撑，强度计算分析时应该如何进行？ 2、钢骨混凝土偏压柱主要有哪两种破坏形态，各自的破坏特征是什么？ 四、计算题（共55分） 1、某压型钢板组合板，简支，跨度 3.3m，每米宽度范围内的截面积Ap＝2300 mm2，fp=205N/mm2，压型钢板上面为90mm厚的混凝土板，混凝土强度等级为C25，fc=11.9N/mm2，1m宽的组合板承受均布荷载设计值（含自重）q=20 kN/m，组合板的有效高度h0=105mm，试验算组合板在使用阶段的受弯承载力是否满足要求。（15分）
钢 混凝土组合结构
钢-混凝土组合结构复习题 一、填空题 1. 按照是否对组合梁施加预应力，组合梁可以分为（非预应力组合梁）和（预应力组合梁） 2. 钢－混凝土组合构件主要有钢－混凝土组合（梁）和钢－混凝土组合（柱）。 3. 对连续组合梁的计算可进行简化，可用（塑性理论）为基础采用承载力极限状态设计方法，截面特性计算简单，对静载荷和活载荷处理，不需考虑承载力极限状态下的混凝土徐变效应和施工方法。 4. 当钢梁的腹板和下翼缘宽厚比较大时，组合截面在达到塑性抵抗弯矩之前，可能导致钢梁局部屈曲二破坏，因此。这种梁必须进行（弹性理论）分析。 5. 抗剪连接件的形式很多，按照变形能力可分为为两类：（刚性）连接件，（柔性） 6. 压型钢板的截面特征随着受压翼缘宽厚比不同而变化。当宽厚比大于极限宽厚比时，截面特征按（有效截面）计算；当宽厚比小于极限宽厚比时，截面特征按（全截面）计算。 7. 组合楼板的破坏模式主要有弯曲破坏、（纵向剪切）和（垂直剪切）破坏。 8. 我国现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》把极限状态分为两类，（承载能力）极限状态和（正常使用）极限状态。。 9. 连续组合梁在极限状态下，各剪跨段内的弯矩均由组合截面承担。正弯矩区内的组合作用表现为钢梁受(拉)和混凝土受(压)。 10. 钢－混凝土组合梁由钢梁、(混凝土翼板)及抗剪连接件所构成。 11. 钢管混凝土除了具有一般套箍混凝土的强度高、重量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优点外，还具有施工方便、（良好的耐火性能）、经济效果好的优点。 12. 钢管混凝土材料是由钢管和混凝土两种性质完全不同的材料组成，由于钢管混凝土的核心混凝土受到钢管的约束，因而具有比普通钢筋混凝土大得多的（承载能力）和（变形能力） 1. 钢－混凝土组合构件主要有钢－混凝土组合梁和钢－混凝土组合柱 2. 对连续组合梁的计算可进行简化，可用塑性理论为基础承载力极限状态设计方法，截面特性计算简单，对静载荷和活载荷处理，不需考虑承载力极限状态下的混凝土徐变效应和施工方法。 3. 当钢梁的腹板和下翼缘宽厚比较大时，组合截面在达到塑性抵抗弯矩之前，可能导致钢梁局部屈曲二破坏，因此。这种梁必须进行弹性理论分析。 4. 抗剪连接件的形式很多，按照变形能力可分为为两类：刚性连接件，柔性连接件。 5. 压型钢板的截面特征随着受压翼缘宽厚比不同而变化。当宽厚比大于极限宽厚比时，截面特征按有效截面计算；当宽厚比小于极限宽厚比时，截面特征按全截面计算。 钢-混凝土组合结构复习题 一、填空题 1. 钢－混凝土组合构件主要有钢－混凝土组合梁和钢－混凝土组合柱 2. 对连续组合梁的计算可进行简化，可用塑性理论为基础承载力极限状态设计方法，截面特性计算简单，对静载荷和活载荷处理，不需考虑承载力极限状态下的混凝土徐变效应和施工方法。 3. 当钢梁的腹板和下翼缘宽厚比较大时，组合截面在达到塑性抵抗弯矩之前，可能导致钢梁局部屈曲二破坏，因此。这种梁必须进行弹性理论分析。 4. 抗剪连接件的形式很多，按照变形能力可分为为两类：刚性连接件，柔性连接件。 5. 压型钢板的截面特征随着受压翼缘宽厚比不同而变化。当宽厚比大于极限宽厚比时，截面特征按有效截面计算；当宽厚比小于极限宽厚比时，截面特征按全截面计算。 二、单项选择题
钢-混凝土组合梁结构计算
钢－混凝土组合梁 结构计算书 编制单位： 计算： 复核： 审查：
2009年3月
目录 1. 设计资料 (1) 2. 计算方法 (2) 2.1 规范标准 (2) 2.2 换算原理 (2) 2.3 计算方法 (3) 3. 不设临时支撑_计算结果 (3) 3.1 组合梁法向应力及剪应力结果 (5) 3.2 施工阶段钢梁竖向挠度结果 (7) 3.3 结论 (8) 3.4 计算过程（附件） (8) 4.设置临时支撑_有限元分析计算 (8) 4.1 有限于建模 (8) 4.2 施工及使用阶段结构内力 (10) 4.2.1 施工阶段结构内力 (11) 4.2.2 使用阶段结构内力 (12) 4.3 组合梁截面应力 (14) 4.3.1 截面应力汇总 (14) 4.3.2 截面应力组合 (16) 4.4 恒载作用竖向挠度 (17) 4.4.1 施工阶段竖向挠度 (17) 4.4.2 使用阶段恒载作用竖向挠度 (17) 4.5 结论 (17)
钢－混凝土组合梁结构计算 1. 设计资料 钢－混凝土组合梁桥，桥长40.84m ，桥面宽19.0m ；钢主梁高1.6m(梁端高0.7m)，桥面板厚0.35m ；钢材采用Q345D 级，桥面板采用C50混凝土；车辆荷载采用公路-I 级车道荷载计算。 图 1 横向布置 (cm) 图 2 桥梁立面 (cm) 表 1 材料力学指标表 表 2材料力学指标表 钢主梁沿纵向分3个制作段加工，节段长度为13.6+13.64+13.6m ，边段与中段主要结构尺寸（图 3）见下表，其余尺寸详见设计图纸
表 3 钢主梁主要尺寸表 图 3 钢梁标准构造(mm) 2. 计算方法 2.1 规范标准 现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)第11章《钢与混凝土组合梁》针对不直接承受动力荷载的一般简支组合梁及连续组合梁而确定，对于直接承受动力荷载的组合梁，则应采用弹性分析法计算。《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB 10002.2-2005)第4.1.1条也规定：结构构件的内力应按弹性受力阶段确定。尽管弹性分析法(容许应力法)不能充分组合梁的承载能力极限状态，但对于承受动力荷载的桥梁钢结构的强度计算是基本符合结构的实际受力状况的。 计算依据： 1.《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 2.《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB 10002.2-2005) 3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 4.《钢－混凝土组合梁设计原理》(第二版).朱聘儒.北京:中国建筑工业出版 社,2006 5.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86) 2.2 换算原理 根据总力不变及应变相同的等效条件，将混凝土翼板换算成与钢等效的换算截面；换算过程中要求混凝土翼板截面形心在换算前后保持不变，翼板面积换算转化为翼板宽度的换算。
钢混凝土组合梁2015
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。 2、20世纪40年代～60年代。发展阶段 这一阶段是组合梁发展的第二阶段，在这一阶段，许多技术先进的国家对组合梁开展了比较深入的试验研究，对组合梁的分析基本上按照弹性理论进行分析，并制定了相关的设计规范和规程，使得组合梁的应用在科学指导下逐渐普及。 3、20世纪60年代～80年代，全面研究，实用阶段 由于钢-混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究工作进一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并广泛重视，研究工作重点也由
钢-混凝土组合结构(考试终结打印稿-计算题)
1、某工作平台简支梁，截面尺寸如图所示，梁跨度L=20m ，间距5m ，试确定该组合梁混凝土翼板的有效宽度。 解：梁内侧翼缘计算宽度： b 2＝min （L/6；S 0/2；6h c ）＝min （20000/6；4400/2；6×200）＝1200mm 混凝土翼板的有效宽度 b e ＝b 2＋b 0＋b 2＝1200＋600＋1200＝3000mm 2、某6m 跨简支组合梁，间距为2m ，截面如图所示。已知混凝土翼板厚度为100mm ，混凝土强度等级为C30；焊接工字钢梁，钢材为Q235。试按塑性方法设计抗剪连接件。 解：钢梁Q235：f ＝215N/mm 2 C30混凝土：f c ＝14.3N/mm 2；E c ＝3×104N/mm 2 钢梁截面积A ＝100×10＋180×8＋120×10＝3640mm 2 1、计算混凝土翼板有效计算宽度 b 2＝min （L/6；S 0/2；6h c ）＝min （6000/6；1900/2；6×100）＝600mm 混凝土翼板的有效宽度： b e ＝b 2＋b 0＋b 2＝600＋100＋600＝1300mm 2、抗剪连接件计算 采用栓钉连接件，栓钉选用φ16×70，A s ＝200.96mm 2，材料强度等级 4.6级，γ＝1.67，f ＝215N/mm 2。 栓钉抗剪承载力设计值： N f A N f E A N s c c s c v 3 341051.5021567.196.2007.07.0106.563.1410396.20043.043.0?=???=>?=???==γ 所以取N N c v 31051.50?= 简支梁，全梁共两个正弯矩剪跨段，以跨中平分，每个剪跨区内钢梁与混凝土翼板交界面的纵向剪力为： {}{}N f h b Af V c c e s 31106.7823.141001300,2153640min ,min ?=???== 按完全抗剪连接设计，每个剪跨区段内需要的连接件总数为： 4.1510 51.50106.7823 3 =??==c v s f N V n 取16=f n 个 则全跨应布置32个，栓钉布置方式如下：垂直于梁轴线方向，栓钉单排布置，沿梁轴线方向，（155+31×190+155）mm 。