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
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。
4、20世纪80年代至今，深入研究，推广应用，完善规范阶段
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、铜板夹心组合梁等多种新的结构形式。同时对组合梁在使用中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，由平面向空间结构等方面进行了发展。
钢-混凝土组合梁分析与研究方法
1、分析方法
组合结构的应用和研究至今已有近百年的历史。目前分析方法可以分为解析法、半解析法以及有限元法。
（1）解析法：该法视为精确法，但计算工作量大，难以考虑滑移影响。
（2）半解析法：该法难以考虑滑移效应对结构刚度性能的折减。
（3）有限元法：组合梁更为广泛的是采用有限元分析方法，主要分为3类：1)按空问板壳单元进行完全的三维空间分析；2)按空问或者是平面梁计算；3)在普通梁单元基础上考虑滑移，以初等梁节点的6个自由度为基础．增加自由度以考虑组合梁界面滑移，按换算后的组合梁截面梁段单元计算。该方法虽然能够考虑界面滑移的影响，但是难以考虑梁结构其他的变形特征及其对组台梁性能的影响。
2、研究方法
组合的发展过程中，国内外的许多学者大多以实验为基础进行相应的理论研究，归纳起来他们的研究方法主要为以下三种：
（1）线弹性法：该法是由Newmark，Siess和Viest提出的经典的线弹性方法。它假设组合梁的三部分都处于材料的线弹性阶段。
（2）刚塑性法：与上述方法相对，Ysra和Chapman提出了刚塑分析法，该方法考虑三部分完全塑性，主要用于计算组合梁的极限承载力
（3）混合法：在工程实践中，上述两种方法都体现了应用的局限性，鉴于此，Oehlers 和Sved提出了一种“混合法”，该方法在考虑接件塑性的同时，认为组合梁中钢梁和混凝土翼板是完全弹性的。
钢-混凝土组合梁的新发展
近年来兴起的钢管（圆钢管、方钢管、矩形钢管）砼结构，因其良好的受压性能而在建筑结构的桩、柱、桥梁结构等领域得到广泛的应用，它靠钢管的套箍作用使砼处于三向受压状态而提高结构受压承载力，而钢管内存在混凝土，防止了薄壁钢管的局部失稳，使钢材的抗压强度得以充分发挥. 故而钢管砼受压构件的受压性能和承载力得以被广泛研究. 随着钢管砼受压砼结构的研究及工程应用的广泛开展，研究人员开始研究方（矩形）钢管混凝土受弯构件的受力性能及承载力. 研究表明，将混凝土填入钢管或者箱形截面中形成的钢-混凝土组合构件，具有很高的强度和延性，这是由于混凝土限制了钢管截面的局部挠曲. 同时，在钢材和砼的截面面积相同时，改变截面的高宽比，可以显著提高构件的刚度和构件的抗弯能力，但是截面屈服后，随着截面高宽比增大，构件M—￠曲线下降段在加剧. 显然，在满足构件刚度和抗弯能力前提下，采用较小宽厚比可以得到较好的屈服变形能力. 这类构件在桥梁工程中得到广泛应用，其材料费用也只是常规钢桥工程主要费用的15 % -20 %.在我国，砼箱梁桥早已应用于桥梁结构，砼箱梁桥具有良好的抗扭特性，钢箱梁同样具有混凝土箱梁的特点. 基于对上述问题的认识，近年来兴起了一类具有钢箱梁特征，又能充分发挥混凝土
特性且不易开裂、钢板受压不会出现局部失稳的新型组合梁，以下介绍几个有代表性的研究成果.
1、钢箱-混凝土组合梁
图1为钢箱-混凝土组合梁是一个分上下两室的钢箱梁截面，在上面室内浇灌混凝土，在梁的受压区类似于钢管混凝土，在受拉区则类似于矩形钢箱梁. 这种组合梁的优点是解决了叠合梁形式钢-混凝土组合梁中钢- 混凝土粘结及横向稳定等问题. 但对于多跨连续梁的中间支座，此处受力性能与上述优点相反，还存在很多问题有待研究.
图1、钢箱-混凝土组合梁截面示意图
2、冷弯U型钢-混凝土组合梁
图2是一种新型钢砼组合大梁，U 型钢可一次冷弯成型，亦可由两种冷弯型钢组合在一起，钢板厚度不变，主要用于桥梁工程的承重梁.
图2冷弯U形钢-混凝土组合梁截面示意图
由于组合梁腹板采用U 型钢截面，该钢截面可以用钢板冷弯成形，焊缝连接少，可以大批量生产，因此比较经济，连续梁跨中截面翼缘用钢筋混凝土板，中间支座截面用预应力砼结构，在其中浇灌混凝土，形成一个整体截面组合梁. 试验研究表明，该多跨连续梁整体工作性能良好，在跨中截面受力性能类似于组合梁，而在跨间支座截面受力性能类似于预应力
砼组合梁. 梁腹板中填充砼可以阻止其受压时腹板的局部压曲（纵弯）.研究表明，这种新型组合梁具有足够的抗弯承载力和变形能力，用于桥梁结构是可行的.
3、轻钢-混凝土组合梁截面
如图3 所示. 它是由薄壁板材（如压型钢板）或冷弯薄壁构件（如卷边槽钢）和混凝土组成并共同工作的一种结构形式，由于轻钢- 混凝土组合结构充分发挥了钢材和混凝土的材料性能，从而使其具有一系列优点. 试验研究表明，轻钢- 混凝土结构梁具有较好的工作性能，钢梁底面和侧面的卷边可有效改善钢梁和混凝土之间的粘结性能，而且裹在混凝土中的卷边和肋越多，粘结性能越好. 对于钢梁底部配纵向钢筋的轻钢- 混凝土组合梁，可能出现粘结面的剪切破坏. 另外，对于一般建筑工程构件，应考虑防火构造配筋问题，因此应采取措施提高粘结性能. 而且，若不配纵筋，这种构件的跨度及跨高比太小，工程实用性受到限制。
图3、轻钢-混凝土组合梁截面
4、帽型截面钢- 混凝土组合梁
图4是将钢板焊成或冷弯成U 型截面作为梁肋，在U 型截面肋部和上翼缘中浇捣砼，形成钢-混凝土T 形组合截面的构件以共同承受外荷载. 在多跨连续梁中，跨中截面翼缘用普通砼板，中间支座截面翼缘用预应力砼板，形成预应力砼组合梁. 在土木工程中，这种帽型截面钢- 混凝土梁由于内部填充砼，使得构件既增加截面刚度，又防止钢梁单独作用时因腹板高而薄容易产生局部失稳破坏，降低梁高度以增加房屋净空，并且减少模板的施工量，可加快施工进度，具有良好发展前景. 在我国，为提高组合梁的承载力，进一步节约钢材，扩大组合梁的弹性工作范围，提高疲劳强度，以及调整连续梁中负弯矩的内力的分布，减少组合梁的变形和扩大组合梁的跨度，采用预应力组合梁成为发展主要方向.
图4、帽形截面钢-混凝土组合梁截面
5、新型钢-闭口压型钢板混凝土组合梁
由传统的叠合梁形式的钢- 混凝土组合梁和普通压型钢板组成的楼盖体系，要求布置较密的工字钢梁支撑其上的普通压型钢板，工字钢梁的间距由压型钢板跨度控制，间距为3-3.
6 m，此外，随着跨度增大，正常使用极限状态（变形、振动）成为组合梁截面设计的控制因素，因而组合梁截面高度显著增大. 为解决上述问题，作者提出一种新型钢- 混凝土组合梁（楼盖）体系，它对叠合梁形式钢- 混凝土组合楼盖做了如下改进：截面由两部分构成T 形截面，上部为闭口型承压钢板并现浇混凝土，下部为U型钢构件. 首先，将钢板焊接成U 形截面作为梁肋（底钢板一般采用15-25 mm 厚钢板，腹板采用厚为4 !8 mm 薄钢板冷弯成槽形截面. U 型截面外形轮廓截面高与截面宽之比为0. 5 !1 的扁梁），在U 型截面的底钢板内侧面焊有抗剪销钉，并配有一定防火构造纵筋. 其次，将上翼缘压型钢板变为闭口型钢承板或预制预应力砼多孔板，支承在U 型截面翼缘上，其上为混凝土现浇层，其中配双向分布钢筋，在组合截面配横向分布拉结钢筋. 再在U 型截面肋部及上翼缘中浇砼，形成钢- 混凝土组合截面（见图5 ）.
图4新型钢-闭口压型钢板混凝土组合梁
这种组合梁截面除了具有叠合形式钢- 混凝土组合梁的优点外，还具有如下主要优点：具体设计时只需要改变U 型截面及底钢板厚度，便可满足结构承载力（抗剪、抗弯）及变形的要求；截面配有一定的防火构造纵筋，保证结构在火灾情况下不会倒塌；截面配有横向分布拉结钢筋，增强了混凝土和U 形截面的整体作用. 这种新型结构体系是一种工业化建筑体系，是将建筑工程新技术（新型闭口钢承板、钢箱梁研究成果）应用加以整合研究，是一种具有较大跨高比优势的组合梁，理论研究表明，这种组合梁在土木工程中具有较高的工程应用价值，代表组合梁的发展方向.
钢-混凝土组合梁在工程中的应用
1、国外钢-混凝土组合梁在工程中的应用
组合梁在国外工程中得到了广泛的应用。前苏联1944年建成了第一座组合公路桥；日本于1955年建成了第一座组合公路桥。瑞典于1955年建成跨径为182 m的斯曹松特桥；德国于1956年建成跨径为58．8 m的比歇瑙尔桥；英国于1964年建成跨径为152 111的新港桥；日本于1960年建成跨径为128 m的腾獭桥；日本自1959年制定规范后，便有80％的公路桥改为组合式桥。在20世纪60年代以前，基本上按弹性理论进行分析，而从60年代开始则逐步转为按塑性理论分析。
2、国内钢-混凝土组合梁在工程中的应用
从20世纪50年代起组合梁在交通、冶金、电力及煤矿等系统都有所应用。1957年建成的武汉长江大桥，其上层公路桥就已采用了组合梁结构(跨度18 m，梁距1．8 m)；沈阳设计院早在1963年就把组合梁结构用于煤矿井塔结构。从1985年开始，组合楼盖在高层钢结构中得到了广泛的应用；进入90年代，组合梁大量用于城市立交桥的主体结构与高层建筑的楼盖体系中。1993年由北京市政设计研究院设计的北京国贸桥的三个主跨采用了连续组合梁结构，是该结构在国内城市立交桥中首次应用。近年来在北京、上海等城市的立交桥建设中，由于
钢一混凝土组合连续梁桥跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好以及施工速度快等优点，得到了广泛的应用，建成了以北京航天桥(主跨73 m)和朝阳桥(主跨64m)为代表的一批钢一混凝土连续组合梁桥。采用组合楼盖的高层建筑有北京长城饭店、上海金贸大厦、京广中心等。
组合梁桥与斜拉桥
组合梁桥指以梁式桥跨作为基本结构的组合结构桥，既两种以上体系重叠后，整体结构的反力性质仍与以受弯作用负载的梁的特点相同。这类桥的特点主要表现在设计计算工作繁重，构造细节及内力复杂。斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。斜拉桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，主要是主梁。以一个索塔为例，索塔的两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。在湖北武汉，武汉长江大桥，其上层公路桥就采用了组合梁结构，而斜拉桥就更多了，像武汉长江二桥、天兴洲长江大桥、白沙洲长江大桥、二七长江大桥等等。斜拉桥的应用如此之多有其优点，与组合梁桥相比斜拉桥可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻结构重量，节省材料。
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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。
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-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 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-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-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
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
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.doczj.com/doc/ae3531080.html,tp.2016.01.111
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
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
润扬大桥南接线工程丹徒互通主线桥大跨径钢--混凝土组合 梁的设计与施工 摘要：钢—混凝土组合梁具有良好的受力性能和较好的综合经济效益，应用前景广泛。纵向主要受力构件为钢箱梁，采用工厂预制现场拼接的施工工艺可以缩短工期，简化工地现场的施工工程量；横向由预应力混凝土构成桥面板及悬臂，有利于桥面沥青混凝土的铺装，为较新颖的桥型。文中通过润扬大桥南接线工程丹徒互通主线桥钢—混凝土组合梁对设计与施工作一些简要介绍。 关键词：钢-混凝土组合梁 设计 施工 近年来，随着对组合结构的深入研究，组合梁或组合结构良好的受力性能和较好的综合经济效益以及作为一种环保型桥梁，将展示其美好的应用前景，在跨越地物的施工条件受到严格限制的桥梁中更有其独特的生命力。纵向主要受力构件为钢箱梁，采用工厂预制现场拼接的施工工艺可以缩短工期，简化工地现场的施工工程量；横向由预应力混凝土构成桥面板及悬臂，有利于桥面沥青混凝土的铺装。 1 设计概述 1．1润扬大桥南接线工程丹徒互通主线桥跨越沪宁高速公路，设计桥下净空按八车道高速公路预留，采用钢—混凝土组合梁一跨跨越，跨沪宁路一联的跨径布置为左半幅26+56+34m ，右半幅30+56+30m ，一联全长116m ，与沪宁路成103°交角。每幅桥采用两个宽3m 的开口钢箱，并通过横向联系形成整体，中跨跨中梁高 1.5m ，墩顶梁高2.7m ，箱梁底按二次抛物线布置，桥面板悬臂长 2.5m ，板内设置纵向预应力钢束，混凝土桥面板与钢箱梁间设置剪力钉抗剪。施工工艺采用工厂化预制，现场搭设临时墩进 行拼接组装，成桥后在38＃和39＃墩对上部结构向下施加10cm 强迫位移。总体布置见图1 。 图1 1．2技术标准 （1）设计荷载：汽车-超20级，挂车-120； （2）地震基本烈度：7度，按8度设防； (3) 桥面净宽：2×（0.5+12.0+1.0）=13.5。
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。
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 。