鋼-混凝土組合梁基本概念

鋼-混凝土組合梁同鋼筋混凝土梁相比，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用，減小截面尺寸，增加有效使用空間，節(jié)省支模工序和模板，縮短施工周期，增加梁的延性等。同鋼梁相比，可以減小用鋼量，增大剛度，增加穩(wěn)定性和整體性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗火性和耐久性等。

近年來，鋼-混凝土組合梁在我國城市立交橋梁及建筑結(jié)構(gòu)中已得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并且正朝著大跨方向發(fā)展。鋼-混凝土組合梁在我國的應(yīng)用實(shí)踐表明，它兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，適合我國基本建設(shè)的國情，是未來結(jié)構(gòu)體系的主要發(fā)展方向之一。

概述資料來源:

在鋼-混凝土組合梁彈性分析中，采用以下假定:

1、鋼材與混凝土均為理想的彈性體。

2、鋼筋混凝土翼緣板與鋼梁之間有可靠的連接交互作用，相對滑移很小，可以忽略不計(jì)。

3、平截面假定依然成立。

4、不考慮混凝土翼緣板中的鋼筋(該假設(shè)只在正彎矩承載力計(jì)算時成立，負(fù)彎矩承載力計(jì)算式需考慮鋼筋作用)。

鋼-混凝土組合梁彈性分析采用換算截面法。(a)表示換算前截面，(b)表示換算后截面。換算截面法的基本原理是:混凝土翼緣板按照總力不變及應(yīng)變相同條件，換算成彈性模量為Es、應(yīng)力為бs的與鋼等價(jià)的換算截面面積。具體計(jì)算時，為了混凝土截面重心高度換算前后保持不變，換算時混凝土翼緣板厚度不變而僅將翼緣板有效翼緣寬度be除以α E(鋼材彈性模量與混凝土彈性模量的比值。

求得等價(jià)的鋼梁截面后，可以按照材料力學(xué)的方法來計(jì)算截面的抗彎承載力。設(shè)換算后截面的慣性矩為 I換算，換算截面形心軸距離鋼梁底部為y 換算，組合梁總高為y換算作用在截面上的彎矩為M，

而組合梁撓度的計(jì)算，則按照換算截面慣性矩計(jì)算組合梁截面剛度后，再由結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算梁的撓度。

根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ025-86)，對鋼-混凝土組合梁進(jìn)行了設(shè)計(jì)。如圖4所示，為該工程選用的組合梁截面圖。鋼梁選為Q345B鋼，混凝土翼緣板用 C40混凝土，剪力連接件采用[10槽鋼。組合梁總高為1650mm，跨高比約為31.5。組合梁截面換算慣性矩為8.576×1010mm^4，而純鋼梁的截面慣性矩只有5.228×10 10mm^4，組合梁截面慣性矩是純鋼梁的1.64倍，大大提高了組合梁的剛度，減小了組合梁在荷載作用下的撓度。

荷載不利組合后計(jì)算得鋼梁底部纖維的應(yīng)力為129MPa，混凝土上表面壓應(yīng)力為15.2MPa。因?yàn)榘⒖颂K市位于西北，氣候干燥，混凝土收縮、徐變比較大，且晝夜溫差較大，所以應(yīng)計(jì)算由于混凝土收縮、徐變以及鋼梁和混凝土由于驟變溫差而導(dǎo)致的附加應(yīng)力及附加撓度。經(jīng)計(jì)算:由于收縮、徐變而引起的附加撓度為10.3毫米，由于溫差而引起的附加撓度為11毫米。且由于混凝土收縮、徐變引起的混凝土應(yīng)力為拉應(yīng)力，部分抵銷了荷載作用下引起的壓應(yīng)力，是偏于安全的。至于由此引起的鋼梁應(yīng)力，由于相對于荷載引起的應(yīng)力很小，可以忽略不計(jì)。實(shí)際施工時，通過起拱消去由于永久荷載以及一半基本可變荷載作用而產(chǎn)生的撓度。

目前實(shí)際工程應(yīng)用中，鋼-混凝土組合梁一般采用栓釘作為剪力連接件。該工程針對阿克蘇地區(qū)以前沒有采用過組合梁，栓釘焊接質(zhì)量不易保證，故改用槽鋼剪力連接件。但是，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ17-88)以及《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(DL/T5085-1999)規(guī)定槽鋼肢尖的方向應(yīng)該沿槽鋼受剪力方向。這容易使設(shè)計(jì)人員和施工人員搞混，造成不必要的負(fù)擔(dān)。研究表明:槽鋼肢尖的方向?qū)Σ垆摷袅B接件的抗剪性能并沒有明顯的影響，所以在即將頒布的新《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中將取消這一規(guī)定，這大大方便了設(shè)計(jì)和施工。