淺談鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與前景

劉曉星　彭丹

[摘要]：鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展而來的一新型結(jié)構(gòu)，很大程度上利用了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在建筑工程、地下建筑、橋梁工程、港口工程等工程應(yīng)用領(lǐng)域得到重視，并穩(wěn)步向前發(fā)展。高強(qiáng)度材料不斷被研發(fā)，以后還將出現(xiàn)新的組合結(jié)構(gòu)。就目前土木工程行業(yè)來說，從經(jīng)濟(jì)、實用、與造價的角度來看，型鋼與混凝土之間協(xié)調(diào)工作在建筑業(yè)很有市場，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵字]：組合結(jié)構(gòu)、工程應(yīng)用領(lǐng)域、型鋼

1、組合結(jié)構(gòu)概述

鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)充分利用了鋼材與混凝土這兩種材料的物理力學(xué)性能，鋼材擁有較好的抗拉強(qiáng)度和延性，且混凝土抗壓強(qiáng)度大、剛度大[1]。組合在一塊，不僅在提高了鋼材的整體屈曲和局部屈曲性能，而且具有良好的強(qiáng)度、剛度、延性以及良好的抗震性。目前國內(nèi)外常用的組合結(jié)構(gòu)有：組合梁、組合板、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土等結(jié)構(gòu)。

2、組合結(jié)構(gòu)常見的形式與分類

組合梁的特點，組合梁首先從截面組成上充分發(fā)揮了型鋼與混凝土材料各自的特長，與鋼筋混凝土梁相比，還有以下優(yōu)點：能節(jié)約鋼材，由于截面材料受力合理；減小截面高度，由于相當(dāng)寬的混凝土板參與抗壓，組合梁的慣性矩比鋼梁的大得多；延性好，由于耗能能力強(qiáng)，整體穩(wěn)定性又好；剛度好，混凝土板與鋼梁共同工作，抗彎模量增大，致使撓度減小，剛度增大；抗沖擊、抗疲勞性能好。 組合板的特點：壓型鋼板可作為混凝土的受拉加強(qiáng)部分[2]；壓型鋼板相當(dāng)平整，可直接作為混凝土樓層的頂棚，省工省料；由壓型鋼板作為其永久性的模板，不再需要安裝、拆模，方便施工，使施工進(jìn)度加快等。組合柱的特點：組合柱尤其是鋼管混凝土組合柱中的混凝土，具有良好的承壓性能，可以較大幅度地減少鋼材的用量，組合柱的承載能力普遍較高，自重輕，變形能力強(qiáng)，耐疲勞，抗沖擊性能好。

3、組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展

鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)最早源于十九世紀(jì)美國，最早是出于防火的需求，因為鋼材料防火性能差，遇火后，強(qiáng)度會快速下降。在鋼梁外面包上了混凝土，但并未考慮混凝土與鋼的共同受力[3] 。二十世紀(jì)二十年代，出現(xiàn)了鋼與混凝土組合梁。直到二十世紀(jì)三十年代末期開始已逐步采用抗剪連接件，而外包的混凝土，也逐步過濾到把混凝土翼板放到鋼梁翼板之上，這樣不但提高了梁的剛度，而且整體性更好。后來到六十年代，出現(xiàn)了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)勢性逐漸使組合結(jié)構(gòu)得到推廣與應(yīng)用，在相關(guān)研究工作基礎(chǔ)上，各國也制定了多部有關(guān)組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范。例如說歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會于一九九四年頒布了歐洲規(guī)范四，這是目前世界上關(guān)于鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)最完整的設(shè)計規(guī)范。

我國對組合結(jié)構(gòu)的研究相對較晚，起步于二十世紀(jì)七十年代末，開始研究組合梁。八十年代初，鄭州工學(xué)院對兩根采用槽鋼作為抗剪連接件的鋼-混凝土簡支梁進(jìn)行試驗。一九八四年，哈爾濱建筑工程學(xué)院對采用彎筋抗剪連接件的組合梁進(jìn)行了試驗研究和理論分析。八十年代后期開始，清華大學(xué)、天津大學(xué)等一些科研單位開始對組合梁進(jìn)行了大量試驗，試驗后，并進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。組合結(jié)構(gòu)在我國雖起步較晚，但是早在十十世紀(jì)五十年代，武漢長江大橋、衡陽湘江橋面就采用了組合梁的構(gòu)造方式。相應(yīng)的，我國在組合結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，也頒布了一些相關(guān)的規(guī)范。一九九八年，我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》首次列出了“鋼與混凝土組合梁”的內(nèi)容，意味著鋼與混凝土組合梁在我國的應(yīng)用開始受到廣泛的重視。二十世紀(jì)初，頒布實施的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，里面不僅有組合梁的內(nèi)容，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步充實，增加了有關(guān)疊合板、連續(xù)組合梁的內(nèi)容，吸收了我國近年來在鋼與混凝土組合梁研究和應(yīng)用領(lǐng)域的最新成果。

4、組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

組合結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的發(fā)展，經(jīng)過幾十年的探索與研究 ，鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)在高層建筑、超高層建筑、大跨結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)等很多領(lǐng)域內(nèi)得到了推廣應(yīng)用。組合結(jié)構(gòu)正由單個構(gòu)件層次向結(jié)構(gòu)體系發(fā)展。組合結(jié)構(gòu)體系是由組合梁 、組合樓板 、等組合承重構(gòu)件共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載的體系 ，可以充分發(fā)揮多種材料的優(yōu)良的力學(xué)性能 ，并克服不同材料的缺點。隨著業(yè)主對建筑使用功能要求的提高，組合結(jié)構(gòu)越來越來適應(yīng)建筑市場。隨著設(shè)計分析方法的改進(jìn)，會涌現(xiàn)更多的組合結(jié)構(gòu)，鋼與混凝土組合梁 、鋼管混凝土柱的研究和應(yīng)用都日趨成熟[4]。在新材料的應(yīng)用方面，組合結(jié)構(gòu)中采用纖維增強(qiáng)材料、高強(qiáng)度鋼材等可以進(jìn)一步降低鋼材用量。采用密實高性能混凝土，不僅可以省略混凝土振搗工序 ，降低混凝土施工強(qiáng)度和費用 ，而且可以減輕城市噪聲污染 。組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，它的研究將慢慢向地下工程 、隧道工程 、礦山工程等建設(shè)與加固領(lǐng)域推進(jìn)與發(fā)展。

5、結(jié)束語

最近幾年，組合結(jié)構(gòu)在我國應(yīng)用越來越普遍，實驗研究與理論研究也在不斷發(fā)展。在我國有著更廣闊的應(yīng)用前景。組合結(jié)構(gòu)是繼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的主要結(jié)構(gòu)形式，對于組合結(jié)構(gòu)的研究不僅是實驗與理論研究，更多的是投入實踐，不斷深入，也需要施工工藝的不斷提高。

參考文獻(xiàn)

[1]薛建陽，鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)[M]，華中科技大學(xué)出版社；

[2] 王 越，淺談鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計[J] . 山西建筑 ；

[3] Bleich，F(xiàn)，：Buckling Strength Theo—rise and Berechnung Von Blechen；

[5] 武 巖 ，劉廣杰 .鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用[J] .山西建筑 。