淺議鋼混凝土組合梁與鋼筋混凝土梁

淺議鋼-混凝土組合梁與鋼筋混凝土梁摘要：分析鋼--混凝土組合合梁與鋼筋混混凝土梁的設(shè)設(shè)計和計算的的異同，重點點探討鋼-混凝土組合合梁與鋼筋混混凝土梁的變變形特點、裂裂縫、受彎承承載力，在分分析的基礎(chǔ)上上，加深對其其的了解，從從而知道鋼-混凝土組合合梁是組合結(jié)結(jié)構(gòu)中最常見見的組合構(gòu)件件之一，是在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)和混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)發(fā)展起來的一一種新型梁，它是由鋼筋筋混凝土翼緣緣板，鋼梁肋部和和抗剪連接件件組成的整體體受力構(gòu)件。鋼與混凝土土組合梁結(jié)構(gòu)構(gòu)充分利用了了鋼材受拉性性能好和混凝凝土受壓性能能好的特點，是將兩種材材料通過連接接件組合成整整體而共同工工作發(fā)揮作用用的一種新型型結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土土梁形式多種種多樣，是房房屋建筑、橋橋梁建筑等工工程結(jié)構(gòu)中最最基本的承重重構(gòu)件，應(yīng)用用范圍極廣。關(guān)鍵詞：鋼-混混凝土組合梁梁、鋼筋混凝凝土梁、變形形、受彎、裂裂縫前言：鋼-混凝凝土組合梁是是由鋼梁、連連接件和鋼筋筋混凝土板組組成，而鋼筋筋混凝土梁是是用鋼筋混凝凝土材料制成成的梁。鋼-混凝土組合合梁的上翼緣緣有截面面積積較大的鋼筋筋混凝土板承承受壓力，致致使鋼梁上翼翼緣截面減小小，從而節(jié)約約鋼材，鋼梁梁下翼緣則承承受拉力，這這是組合梁的的受力特點。鋼筋混凝土梁既可作成獨立梁，也可與鋼筋混凝土板組成整體的梁-板式樓蓋，或與鋼筋混凝土柱組成整體的單層或多層框架。1、變形1.1鋼-混凝凝土組合梁1.1.1在在荷載保持不不變的情況下下，由于混凝凝梁發(fā)生收縮縮徐變，組合合梁的變形將將不斷增加。1.1.2混凝凝土的收縮徐徐變受到鋼梁梁的約束，組組合梁截面中中將產(chǎn)生內(nèi)力力重分布，這這種內(nèi)力重分分布也會對組組合梁的長期期變形產(chǎn)生影影響[1]。中國現(xiàn)行《鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范范))(GB500117，送審稿稿)[2]和《公路路橋涵鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計規(guī)范》((JTJ0225-86))[3]中均采用降降低棍凝土彈彈性模量的方方法來考慮混混凝土收縮徐徐變對組合梁梁長期變形的的影響，混凝凝土長期荷載載作用下的有有效彈性模量量E為E=E/k式中：E為混凝凝土初始彈性性模量;k為混凝土土彈性模量折折減系數(shù)。文獻(xiàn)[2]提出出考慮混凝土土徐變影響時時k取2.0；文獻(xiàn)[3」認(rèn)為只只計混凝土徐徐變時k取2.5，同同時考慮混凝凝土收縮徐變變時k取2.0。應(yīng)該指出出，上述規(guī)范范公式中采用用的單一彈性性模量折減系系數(shù)法計算簡簡單，便于廣廣大工程設(shè)計計人員應(yīng)用。但但在系統(tǒng)查閱閱了國內(nèi)外有有關(guān)組合梁時時隨性能的最最新研究成果果后，發(fā)現(xiàn)上上述規(guī)范方法法也存在著一一定的局限性性[4]；一方面不不能反映混凝凝土徐變系數(shù)數(shù)的時隨變化化，徐變系數(shù)數(shù)與加載時棍棍凝土的齡期期和加載持續(xù)續(xù)時間等多種種因素有關(guān)，隨隨加載齡期的的增長而減小小，又隨加載載持續(xù)時間的的增加而增大大；另一方面面，按式(1)計算的最終終變形值偏小小。在國內(nèi)外外已有的相關(guān)關(guān)科技文獻(xiàn)中中，文獻(xiàn)[4]對鋼一混凝土土組合梁的長長期變形進(jìn)行行了討論，建建立了鋼一混混凝土組合梁梁的長期剛度度計算公式。但但該公式只適適用于普通組組合梁，不能能用來計算預(yù)預(yù)應(yīng)力組合梁梁，且公式形形式過于復(fù)雜雜。有的提出出了“變剛度”的分析方法法，來分析預(yù)預(yù)應(yīng)力組合梁梁的時隨性能能，也有的提提出了一步迭迭代法、無迭迭代漸進(jìn)法、迭迭代漸進(jìn)法和和基于無迭代代漸進(jìn)法的改改進(jìn)方法，來來計算因混凝凝土收縮、徐徐變和預(yù)應(yīng)力力筋松弛引起起的預(yù)應(yīng)力損損失。1.2鋼筋混混凝土梁1.1.1HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee"鋼筋筋HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%bb%ec%c4%fd%cd%c1"混凝土梁在外外荷載的直接接應(yīng)力和次應(yīng)應(yīng)力的作用下下，引起結(jié)構(gòu)構(gòu)變形在房屋建設(shè)中，HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee"鋼筋砼結(jié)構(gòu)是不可缺少的結(jié)構(gòu)體系，也是保證工程主體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee"鋼筋HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%bb%ec%c4%fd%cd%c1"混凝土梁在外荷載的直接應(yīng)力和次應(yīng)力的作用下，引起結(jié)構(gòu)變形而HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂縫。構(gòu)件在使用過程中受年溫差的長期作用，當(dāng)溫差的脹縮應(yīng)力大于構(gòu)件極限抗拉強(qiáng)度時就會HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂縫。構(gòu)件HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂縫的因素是多方面的，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基沉降差異、施工質(zhì)量、材料質(zhì)量、環(huán)境影響等，無論何種原因產(chǎn)生的HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂縫，都會給建筑物肢體結(jié)構(gòu)帶來影響。1.1.2在低低速沖擊荷載載作用下梁的的變形與其動動力特性、沖沖擊體與梁的的質(zhì)量比Ms/Mbb，沖擊速度V0、沖擊時間間和沖擊體形形狀密切相關(guān)關(guān)。在足夠?qū)挼腗s/Mb、V0的變化范圍圍內(nèi)，鋼筋混凝土土梁呈現(xiàn)出一一致的狀態(tài)特特性[5]。2、裂縫2.1鋼-混凝凝土組合梁2.1.1鋼--混凝土組合合梁負(fù)彎矩區(qū)區(qū)出現(xiàn)裂縫鋼-混凝土組合合梁由于鋼梁梁及抗剪連接接件的約束作作用，鋼-混凝土組合合梁在承受負(fù)負(fù)彎矩作用時時，其裂縫的的形成、發(fā)展展除表現(xiàn)出和和鋼筋混凝土土梁相似的規(guī)規(guī)律外，還具具有其自身的的特點：（1）、隨隨著齡期的增增長，混凝土土板產(chǎn)生收縮縮徐變，在與與剛度相對較較強(qiáng)的鋼梁之之間的相互作作用下會形成成一定的內(nèi)應(yīng)應(yīng)力，造成開開裂荷載降低低，同時裂縫縫發(fā)展初期寬寬度較大；（2）、鋼鋼筋混凝土梁梁的裂縫高度度可以達(dá)到平平均中性軸位位置，但對于于組合梁，鋼鋼梁的存在使使裂縫高度不不能達(dá)到組合合梁的平均中中性軸處；（3）、由于剪剪力釘對裂縫縫的約束作用用，組合梁的的裂縫高度一一般到達(dá)剪力力釘頂部，或或者在兩個剪剪力釘之間，少少部分的裂縫縫貫通而到達(dá)達(dá)鋼梁的頂部部；（4）、隨著荷荷載的增加，鋼鋼梁和混凝土土板之間發(fā)生生滑移，滑移移可以產(chǎn)生附附加曲率，或或者說使得負(fù)負(fù)彎矩區(qū)的手手拉鋼筋產(chǎn)生生附加應(yīng)變，這這是導(dǎo)致組合合梁的裂縫寬寬度增大[6]。2.2鋼筋混凝凝土梁鋼筋混凝凝土梁裂縫是是一種很普遍遍的現(xiàn)象，鋼鋼筋混凝土梁梁產(chǎn)生裂縫的的原因十分復(fù)復(fù)雜，越來越越引起國內(nèi)外外學(xué)者和工程程界的重視。通通過長期的施施工實踐對鋼鋼筋混凝土梁梁裂縫產(chǎn)生的的原因有一定定的總結(jié)。2.2.1材料料質(zhì)量混凝土所采用的的材料的質(zhì)量量不合格，可可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。袁袁觀錫[7]等人也認(rèn)為為鋼筋混凝土土裂縫產(chǎn)生的的原因與選材材有直接的關(guān)關(guān)系，應(yīng)選用用級配良好的的骨料，嚴(yán)格格控制砂、石石含量，避免免外摻料不合合理的現(xiàn)象?；旎炷恋臄嚢璋琛⑦\輸、澆澆搗、振實各各道工序中的的任何缺陷和和疏漏，也是是產(chǎn)生裂縫的的直接原因。2.2.22施工質(zhì)量由于混凝土標(biāo)號號偏低、受力力鋼筋截面偏偏小、截面尺尺寸不符合設(shè)設(shè)計等而導(dǎo)致致混凝土梁出出現(xiàn)裂縫。由由于施工工藝藝不合理，施施工質(zhì)量低劣劣，可能產(chǎn)生生各種形式的的裂縫。裂縫縫出現(xiàn)的部位位和走向因產(chǎn)產(chǎn)生的原因而而異。預(yù)制鋼鋼筋混凝土梁梁在運輸、吊吊裝的過程中中，由于支撐撐不合理、吊吊點位置不符符，以及較大大的振動或沖沖擊荷載，也也會導(dǎo)致鋼筋筋混凝土梁出出現(xiàn)裂縫。2.2.3工工程設(shè)計工程設(shè)計欠周全全，也是引起起混凝土梁產(chǎn)產(chǎn)生裂縫的一一個重要原因因之一。鋼筋筋混凝土梁的的截面不夠、梁梁的跨度過大大、高度偏小小，或者由于于計算錯誤，受受力鋼筋截面面偏小、配筋筋位置不當(dāng)、節(jié)節(jié)點不合理、結(jié)結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不不妥等因素，均均容易導(dǎo)致混混凝土梁出現(xiàn)現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫。2.2.4溫度度變化溫度裂縫是粗裂裂縫產(chǎn)生的重重要原因，一一般出現(xiàn)在配配筋薄弱處。在在澆筑混凝土土?xí)r，由于混混凝土內(nèi)外溫溫差過大，容容易引起較大大的溫度應(yīng)力力，當(dāng)混凝土土溫度應(yīng)力超超過混凝土抗抗拉強(qiáng)度時，混混凝土機(jī)會開開裂；另外，混混凝土在降溫溫收縮時，由由于受約束內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)應(yīng)力，當(dāng)混凝凝土拉應(yīng)力超超過混凝土抗抗拉強(qiáng)度時，混混凝土也容易易開裂。2.2.5養(yǎng)護(hù)護(hù)方法目前在混凝土施施工中采用的的養(yǎng)護(hù)方法基基本沿用過去去簡易的方法法，這種方法法已遠(yuǎn)不適應(yīng)應(yīng)泵送混凝土土的較大溫度度收縮變形要要求。2.2.6功能能改變在使用過程中，改改變原來使用用功能，將辦辦公室改為倉倉庫，屋面加加層、使用不不當(dāng)、增大梁梁上荷載等均均會出現(xiàn)裂縫縫。3、抗彎承載力力3.1鋼-混凝凝土組合梁目前，鋼-混凝凝土組合梁多多采用栓釘剪剪力連接件形形式，其抗彎彎承載力不僅僅受到自身材材料強(qiáng)度、截截面尺寸的影影響，還要受受到界面剪力力連接件數(shù)量量和混凝土翼翼板內(nèi)橫向配配筋率的影響響。國內(nèi)一些些學(xué)者對此進(jìn)進(jìn)行了研究[[8]，但由由于研究的角角度和形式各各不相同，其其成果不便于于在工程中得得到直接應(yīng)用用。3.1.1彈性性受彎承載力力的計算基本本假定（1）、剛才和和混凝土均為為理想的彈性性體；（2）、鋼材和和混凝土板之之間的滑移很很小，可以忽忽略不計，組組合截面的應(yīng)應(yīng)變保持平面面；（3）、在正彎彎矩作用下，計計算混凝土板板面積時不扣扣除其中受拉拉開裂的部分分；（4）、在正彎彎矩作用下，不不考慮混凝土土板中的鋼筋筋作用；（5）、中間支支座兩側(cè)負(fù)彎彎矩區(qū)混凝土土板受拉開裂裂區(qū)段的長度度，各為該跨跨的0.15倍；在確定定截面剛度時時，只計入該該區(qū)段的鋼筋筋，不計入該該區(qū)段的混凝凝土板。3.1.2、截截面特征（1）、混凝土土板的換算寬寬度按彈性理論計算算時，應(yīng)該根根據(jù)應(yīng)變相同同且總內(nèi)力不不變的原則，將將受壓混凝土土板的有效寬寬度b折算成與剛剛才等效的換換算截面寬度度。短期荷載作用下下長期荷載作作用下（2）、換算截截面重心軸（中中和軸）的位位置若取組合梁的底底邊為基線，在在短期荷載作作用下，課的的組合截面的的重心軸距組組合截面底邊邊的距離（3）、換算截截面繞重心軸軸的慣性矩以組合截面底邊邊為基線，將將混凝土界面面換算成鋼梁梁截面，則組組合梁換算截截面繞重心軸軸的慣性矩按按下式計算3.1.3、截截面計算（1）、正彎矩矩作用下的正正應(yīng)力計算當(dāng)組合梁下設(shè)有有臨時支撐時時，按一個階階段受力設(shè)計計，如果其中中的永久荷載載不是很大，這這是不考慮混混凝土徐變的的影響，梁上上的全部荷載載由組合截面面承受，其正正應(yīng)力可按下下式計算：對鋼梁部分對對混凝土部分分當(dāng)組合梁下不設(shè)設(shè)臨時支撐時時，按兩個階階段受力設(shè)計計，這是長期期荷載作用下下混凝土徐變變的影響可以以不考慮，其其正應(yīng)力可按按下式計算：：對鋼梁部分對混凝土部部分（2）、負(fù)彎矩矩作用下的正正應(yīng)力計算當(dāng)組合梁下設(shè)有有臨時支撐時時，按一個階階段受力設(shè)計計，梁上的全全部荷載有組組合截面承受受，其正應(yīng)力力可按下式計計算：對鋼梁部分對混凝土部部分當(dāng)組合梁下不設(shè)設(shè)臨時支撐時時，按兩個階階段受力設(shè)計計，其正應(yīng)力力可按下式計計算：對鋼梁部分對混凝土部部分3.2鋼筋混凝凝土梁3.2.1現(xiàn)有有承載力計算算方法鋼筋銹蝕對構(gòu)件件抗彎承載力力的影響主要要表現(xiàn)在4個方面:鋼筋截面面面積減小、構(gòu)構(gòu)件截面尺寸寸相應(yīng)變小、鋼鋼筋強(qiáng)度降低低，以及鋼筋筋與混凝土之之間的粘結(jié)性性能退化。對對于銹蝕引起起的前3個因素，在在承載力計算算中相對容易易考慮，且概概念上也較明明確;對于粘結(jié)退退化的影響，目目前則主要是是通過鋼筋與與混凝土的協(xié)協(xié)同工作系數(shù)數(shù)來考慮，并并且在試驗基基礎(chǔ)上給出了了該系數(shù)的計計算公式?，F(xiàn)現(xiàn)有銹蝕鋼筋筋混凝土梁的的承載力計算算方法是，先先根據(jù)銹蝕程程度確定鋼筋筋與混凝土的的協(xié)同工作系系數(shù)，再考慮慮鋼筋銹蝕損損傷后的實際際截面面積和和屈服強(qiáng)度，最最后按混凝土土規(guī)范中完好好構(gòu)件承載力力公式計算銹銹蝕梁的抗彎彎承載力。從從現(xiàn)有的計算算方法來看，計計算銹蝕鋼筋筋混凝土梁承承載力的關(guān)鍵鍵是確定鋼筋筋與混凝土的的協(xié)同工作系系數(shù)。本文中中選擇了不同同的損傷指標(biāo)標(biāo)，如裂縫寬寬度、鋼筋截截面損失率、銹銹蝕損傷范圍圍[9]等，建議了了協(xié)同工作系系數(shù)的取值方方法。3.2.2抗彎彎承載力計算算根據(jù)構(gòu)件銹蝕后后的截面配筋筋指標(biāo)和鋼筋筋銹蝕程度計計算極限狀態(tài)態(tài)下受拉鋼筋筋的強(qiáng)度利用用系數(shù)，即可可確定銹蝕鋼鋼筋的極限應(yīng)應(yīng)力，再按規(guī)規(guī)范中計算完完好混凝土梁梁的方法計算算銹蝕構(gòu)件的的承載力[10]在極限狀態(tài)態(tài)下，根據(jù)截截面平衡條件件可得式中:a，為等等效矩形的應(yīng)應(yīng)力值與軸心心抗壓強(qiáng)度設(shè)設(shè)計值的比值值，當(dāng)混凝土土強(qiáng)度等級不不超過C500時，取al==1.0；；x為等效矩形形應(yīng)力的混凝凝土受壓區(qū)高高度。由于現(xiàn)行規(guī)規(guī)范GB550010--2002中中提高了安全全度水平，承承載力計算中中采用的是軸軸心抗壓強(qiáng)度度，為了盡量量反映試驗構(gòu)構(gòu)件的實際承承載力，在驗驗證計算時，混混凝土強(qiáng)度仍仍采用規(guī)范GGBJ10--89中的彎彎曲抗壓強(qiáng)度度。4、結(jié)束語對鋼-混凝土組組合梁與鋼筋筋混凝土梁進(jìn)進(jìn)行上述對比比和研究，鋼鋼-混凝土組合合梁是利用鋼鋼材宜于受拉拉,混凝土宜于于受壓的特點點,通過剪切連連接件將鋼梁梁與混凝土板板連接成為整整體而共同工工作的一種新新型承重構(gòu)件件。它兼有鋼鋼梁和鋼筋混混凝土梁的優(yōu)優(yōu)點,具有良好的的經(jīng)濟(jì)效益和和社會。鋼筋筋混凝土梁也也被廣泛應(yīng)用用，但是鋼筋筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)抗裂性較差差，受拉和受受彎等構(gòu)件在在正常使用時時往往帶裂縫縫工作，對一一些不允許出出現(xiàn)裂縫或?qū)α芽p寬度有有嚴(yán)格限制的的結(jié)構(gòu)，要滿滿足這些要求求就需要提高高工程造價。應(yīng)用的同時要注意其的缺點，所以一定要合理的選擇適合的梁。參考文獻(xiàn)[1]薛偉辰..現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力力結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京中國建建筑工業(yè)出版版社，20003.[2]GB500017.鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范(送審稿)[SS].20022.[3]JTJ025-886.公路橋橋涵鋼結(jié)構(gòu)及及木結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范[S].19988.[4]聶建國..鋼混凝土組組合梁長期變變形的計算與與分析[J]建筑結(jié)構(gòu),11997,227(1)::42-455.[5]HYPERLINK"/Class.aspx?query=%E5%91%A8%E6%B3%BD%E5%B9%B3"周澤平,,HYPERLINK"/Class.aspx?query=%E7%8E%8B%E6%98%8E%E6%B4%8B"王明洋,HYPERLINK"/Class.aspx?query=%E5%86%AF%E6%B7%91%E8%8A%B3"馮淑芳,HYPERLINK"/Class.aspx?query=%E9%92%B1%E4%B8%83%E8%99%8E"錢七虎.HYPERLINK"/p-QCode~zdycj.html"振動與沖擊JOURNNALOFFVIBRRATIONNANDSHOCKK2007年第26卷第5期.[6]聶建國，張張眉河.鋼—混凝土組合合梁負(fù)彎矩區(qū)區(qū)板裂縫的研研究.清華大學(xué)學(xué)學(xué)報（自然科科學(xué)