浅议钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土梁

1、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：

2、钢钢-混凝土土组合梁梁、钢筋筋混凝土土梁、变变形、受受弯、裂裂缝前言：钢-混凝土土组合梁梁是由钢钢梁、连连接件和和钢筋混混凝土板板组成，而而钢筋混混凝土梁梁是用钢钢筋混凝凝土材料料制成的的梁。钢钢-混凝土土组合梁梁的上翼翼缘有截截面面积积较大的的钢筋混混凝土板板承受压压力，致致使钢梁梁上翼缘缘截面减减小，从而节节约钢材材，钢梁下下翼缘则则承受拉拉力，这这是组合合梁的受受力特点点。钢筋筋混凝土土梁既可可作成独独立梁，也可与与钢筋混混凝土板板组成整整体的梁梁-板式楼楼盖，或或与钢筋筋混凝土土柱组成成整体的的单层或或多层框框架。1、变形1.1钢-混凝土土组合梁梁1.1.11 在荷载载保持不不变的情情

3、况下，由由于混凝凝梁发生收收缩徐变变，组合合梁的变变形将不不断增加加。1.1.22混凝土土的收缩缩徐变受受到钢梁梁的约束束，组合合梁截面面中将产产生内力力重分布布，这种种内力重重分布也也会对组组合梁的的长期变变形产生生影响1。中国现行钢钢结构设设计规范范)(G BB500017，送送审稿) 22 和公公路桥涵涵钢结构构及木结结构设计计规范(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E =E/k式中：E为为混凝土土初始弹弹性模量量;k为混混凝土弹弹性模量量折减系系数。文献2提出考考虑混凝凝土徐变变影响时

4、时k取2.0；文献33认为为只计混混凝土徐徐变时kk取2. 5，同同时考虑虑混凝土土收缩徐徐变时kk取2.0。应应该指出出，上述述规范公公式中采采用的单单一弹性性模量折折减系数数法计算算简单，便便于广大大工程设设计人员员应用。但但在系统统查阅了了国内外外有关组组合梁时时随性能能的最新新研究成成果后，发发现上述述规范方方法也存存在着一一定的局局限性4；一方面面不能反反映混凝凝土徐变变系数的的时随变变化，徐徐变系数数与加载载时棍凝凝土的龄龄期和加加载持续续时间等等多种因因素有关关，随加加载龄期期的增长长而减小小，又随随加载持持续时间间的增加加而增大大；另一方方面，按按式(1)计算的的最终变变形值偏

5、偏小。在在国内外外已有的的相关科科技文献献中，文文献4对钢一混混凝土组组合梁的的长期变变形进行行了讨论论，建立立了钢一一混凝土土组合梁梁的长期期刚度计计算公式式。但该该公式只只适用于于普通组组合梁，不不能用来来计算预预应力组组合梁，且公式式形式过过于复杂杂。有的的提出了了“变刚度”的分析析方法，来来分析预预应力组组合梁的的时随性性能，也也有的提提出了一一步迭代代法、无无迭代渐渐进法、迭迭代渐进进法和基基于无迭迭代渐进进法的改改进方法法，来计计算因混混凝土收收缩、徐徐变和预预应力筋筋松弛引引起的预预应力损损失。1.2 钢钢筋混凝凝土梁1.1.11 HYPERLINK /SearchResult.

6、aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee钢筋 HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%bb%ec%c4%fd%cd%c1混凝凝土梁在在外荷载载的直接接应力和和次应力力的作用用下，引引起结构构变形在房屋建设设中， HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee钢钢筋砼结结构是不不可缺少少的结构构体系，也也是保证证工程主主体质量量的重要要环节。 H

7、YPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee钢筋 HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%bb%ec%c4%fd%cd%c1混凝凝土梁在在外荷载载的直接接应力和和次应力力的作用用下，引引起结构构变形而而 HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec裂缝。构构件在使使用过程程中受年年温差的的长期作作用，

8、当当温差的的胀缩应应力大于于构件极极限抗拉拉强度时时就会 HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec裂裂缝。构构件 HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec裂缝缝的因素素是多方方面的，包包括结构构设计、地地基沉降降差异、施施工质量量、材料料质量、环环境影响响等，无无论何种种原因产产生的 HYPERLINK /SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&

9、sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec裂裂缝，都都会给建建筑物肢肢体结构构带来影影响。1.1.22在低速速冲击荷荷载作用用下梁的的变形与与其动力力特性、冲冲击体与与梁的质质量比MMs/MMb，冲击速速度V0、冲击击时间和和冲击体体形状密密切相关关。在足够够宽的Ms/Mb、V0的变化化范围内内，钢筋混混凝土梁梁呈现出出一致的的状态特特性5。2、裂缝2.1钢-混凝土土组合梁梁2.1.11钢-混凝土土组合梁梁负弯矩矩区出现现裂缝钢-混凝土土组合梁由由于钢梁梁及抗剪剪连接件件的约束束作用，钢-混凝土土组合梁梁在承受受负弯矩矩作用时时，其裂裂缝的形形成、发发展除表表现出和和钢筋混混凝土

10、梁梁相似的的规律外外，还具具有其自自身的特特点： （1）、随随着龄期期的增长长，混凝凝土板产生收收缩徐变变，在与与刚度相相对较强强的钢梁梁之间的的相互作作用下会会形成一一定的内内应力，造造成开裂裂荷载降降低，同同时裂缝缝发展初初期宽度度较大； （2）、钢钢筋混凝凝土梁的的裂缝高高度可以以达到平平均中性性轴位置置，但对对于组合合梁，钢钢梁的存存在使裂裂缝高度度不能达达到组合合梁的平平均中性性轴处；（3）、由由于剪力力钉对裂裂缝的约约束作用用，组合合梁的裂裂缝高度度一般到到达剪力力钉顶部部，或者者在两个个剪力钉钉之间，少少部分的的裂缝贯贯通而到到达钢梁梁的顶部部；（4）、随随着荷载载的增加加，钢梁

11、梁和混凝凝土板之间发发生滑移移，滑移移可以产产生附加加曲率，或或者说使使得负弯弯矩区的的手拉钢钢筋产生生附加应应变，这这是导致致组合梁梁的裂缝缝宽度增增大66。2.2钢筋筋混凝土土梁 钢筋筋混凝土土梁裂缝缝是一种种很普遍遍的现象象，钢筋筋混凝土土梁产生生裂缝的的原因十十分复杂杂，越来来越引起起国内外外学者和和工程界界的重视视。通过过长期的的施工实实践对钢钢筋混凝凝土梁裂裂缝产生生的原因因有一定定的总结结。2.2.11材料质质量混凝土所采采用的材材料的质质量不合合格，可可能导致致结构出出现裂缝缝。袁观观锡7等人也也认为钢钢筋混凝凝土裂缝缝产生的的原因与与选材有有直接的的关系，应应选用级级配良好好

12、的骨料料，严格格控制砂砂、石含含量，避避免外掺掺料不合合理的现现象。混混凝土的的搅拌、运运输、浇浇捣、振振实各道道工序中中的任何何缺陷和和疏漏，也也是产生生裂缝的的直接原原因。22.2.2 施工质质量由于混凝土土标号偏偏低、受受力钢筋筋截面偏偏小、截截面尺寸寸不符合合设计等等而导致致混凝土土梁出现现裂缝。由于施工工艺不合理，施工质量低劣，可能产生各种形式的裂缝。裂缝出现的部位和走向因产生的原因而异。预制钢筋混凝土梁在运输、吊装的过程中，由于支撑不合理、吊点位置不符，以及较大的振动或冲击荷载，也会导致钢筋混凝土梁出现裂缝。2.2.33 工程设设计工程设计欠欠周全，也也是引起起混凝土土梁产生生裂缝

13、的的一个重重要原因因之一。钢钢筋混凝凝土梁的的截面不不够、梁梁的跨度度过大、高高度偏小小，或者者由于计计算错误误，受力力钢筋截截面偏小小、配筋筋位置不不当、节节点不合合理、结结构缝设设置不妥妥等因素素，均容容易导致致混凝土土梁出现现结构裂裂缝。2.2.44温度变变化温度裂缝是是粗裂缝缝产生的的重要原原因，一一般出现现在配筋筋薄弱处处。在浇浇筑混凝凝土时，由由于混凝凝土内外外温差过过大，容容易引起起较大的的温度应应力，当当混凝土土温度应应力超过过混凝土土抗拉强强度时，混混凝土机机会开裂裂；另外外，混凝凝土在降降温收缩缩时，由由于受约约束内部部产生拉拉应力，当当混凝土土拉应力力超过混混凝土抗抗拉强

14、度度时，混混凝土也也容易开开裂。2.2.55养护方方法目前在混凝凝土施工工中采用用的养护护方法基基本沿用用过去简简易的方方法，这这种方法法已远不不适应泵泵送混凝凝土的较较大温度度收缩变变形要求求。2.2.66功能改改变在使用过程程中，改改变原来来使用功功能，将将办公室室改为仓仓库，屋屋面加层层、使用用不当、增增大梁上上荷载等等均会出出现裂缝缝。3、抗弯承承载力3.1钢-混凝土土组合梁梁目前，钢-混凝土土组合梁梁多采用用栓钉剪剪力连接接件形式式，其抗抗弯承载载力不仅仅受到自自身材料料强度、截截面尺寸寸的影响响，还要要受到界界面剪力力连接件件数量和和混凝土土翼板内内横向配配筋率的的影响。国内一些学

15、者对此进行了研究8，但由于研究的角度和形式各不相同，其成果不便于在工程中得到直接应用。3.1.11弹性受受弯承载载力的计计算基本本假定（1）、刚刚才和混混凝土均均为理想想的弹性性体；（2）、钢钢材和混混凝土板板之间的的滑移很很小，可可以忽略略不计，组组合截面面的应变变保持平平面；（3）、在在正弯矩矩作用下下，计算算混凝土土板面积积时不扣扣除其中中受拉开开裂的部部分；（4）、在在正弯矩矩作用下下，不考考虑混凝凝土板中中的钢筋筋作用；（5）、中中间支座座两侧负负弯矩区区混凝土土板受拉拉开裂区区段的长长度，各各为该跨跨的0.115倍；在在确定截截面刚度度时，只只计入该该区段的的钢筋，不不计入该该区段

16、的的混凝土土板。3.1.22、截面面特征（1）、混混凝土板板的换算算宽度按弹性理论论计算时时，应该该根据应应变相同同且总内内力不变变的原则则，将受受压混凝凝土板的的有效宽宽度b折算成成与刚才才等效的的换算截截面宽度度。短期荷载作作用下 长期荷荷载作用用下（2）、换换算截面面重心轴轴（中和和轴）的的位置若取组合梁梁的底边边为基线线，在短短期荷载载作用下下，课的的组合截截面的重重心轴距距组合截截面底边边的距离离（3）、换换算截面面绕重心心轴的惯惯性矩以组合截面面底边为为基线，将将混凝土土界面换换算成钢钢梁截面面，则组组合梁换换算截面面绕重心心轴的惯惯性矩按按下式计计算3.1.33、截面面计算（1）

17、、正正弯矩作作用下的的正应力力计算当组合梁下下设有临临时支撑撑时，按按一个阶阶段受力力设计，如如果其中中的永久久荷载不不是很大大，这是是不考虑虑混凝土土徐变的的影响，梁梁上的全全部荷载载由组合合截面承承受，其其正应力力可按下下式计算算：对钢梁部分分 对混凝凝土部分分当组合梁下下不设临临时支撑撑时，按按两个阶阶段受力力设计，这这是长期期荷载作作用下混混凝土徐徐变的影影响可以以不考虑虑，其正正应力可可按下式式计算：对钢梁部分分 对混凝凝土部分分（2）、负负弯矩作作用下的的正应力力计算当组合梁下下设有临临时支撑撑时，按按一个阶阶段受力力设计，梁梁上的全全部荷载载有组合合截面承承受，其其正应力力可按下

18、下式计算算：对钢梁部分分 对混凝凝土部分分当组合梁下下不设临临时支撑撑时，按按两个阶阶段受力力设计，其其正应力力可按下下式计算算：对钢梁部分分 对混凝凝土部分分3.2钢筋筋混凝土土梁3.2.11现有承承载力计计算方法法钢筋锈蚀对对构件抗抗弯承载载力的影影响主要要表现在在4个方面面:钢筋截截面面积积减小、构构件截面面尺寸相相应变小小、钢筋筋强度降降低，以以及钢筋筋与混凝凝土之间间的粘结结性能退退化。对对于锈蚀蚀引起的的前3个因素素，在承承载力计计算中相相对容易易考虑，且且概念上上也较明明确;对于粘粘结退化化的影响响，目前前则主要要是通过过钢筋与与混凝土土的协同同工作系系数来考考虑，并并且在试试验

19、基础础上给出出了该系系数的计计算公式式。现有有锈蚀钢钢筋混凝凝土梁的的承载力力计算方方法是，先先根据锈锈蚀程度度确定钢钢筋与混混凝土的的协同工工作系数数，再考考虑钢筋筋锈蚀损损伤后的的实际截截面面积积和屈服服强度，最最后按混混凝土规规范中完完好构件件承载力力公式计计算锈蚀蚀梁的抗抗弯承载载力。从从现有的的计算方方法来看看，计算算锈蚀钢钢筋混凝凝土梁承承载力的的关键是是确定钢钢筋与混混凝土的的协同工工作系数数。本文文中选择择了不同同的损伤伤指标，如如裂缝宽宽度、钢钢筋截面面损失率率、锈蚀蚀损伤范范围9等，建建议了协协同工作作系数的的取值方方法。3.2.22抗弯承承载力计计算根据构件锈锈蚀后的的截

20、面配配筋指标标和钢筋筋锈蚀程程度计算算极限状状态下受受拉钢筋筋的强度度利用系系数，即即可确定定锈蚀钢钢筋的极极限应力力，再按按规范中中计算完完好混凝凝土梁的的方法计计算锈蚀蚀构件的的承载力力10在极限限状态下下，根据据截面平平衡条件件可得式中:a，为为等效矩矩形的应应力值与与轴心抗抗压强度度设计值值的比值值，当混混凝土强强度等级级不超过过C500时，取取al= 1.0；x为等效效矩形应应力的混混凝土受受压区高高度。由于现现行规范范GB 500010-20002中提提高了安安全度水水平，承承载力计计算中采采用的是是轴心抗抗压强度度，为了了尽量反反映试验验构件的的实际承承载力，在在验证计计算时，混

21、混凝土强强度仍采采用规范范GBJJ10-89中中的弯曲曲抗压强强度。4、结束语语对钢-混凝凝土组合合梁与钢钢筋混凝凝土梁进进行上述述对比和和研究，钢-混凝土组合梁是利用钢材宜于受拉,混凝土宜于受压的特点,通过剪切连接件将钢梁与混凝土板连接成为整体而共同工作的一种新型承重构件。它兼有钢梁和钢筋混凝土梁的优点,具有良好的经济效益和社会。钢筋混凝土梁也被广泛应用，但是钢筋混凝土结构抗裂性较差，受拉和受弯等构件在正常使用时往往带裂缝工作，对一些不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要提高工程造价。应用的同时要注意其的缺点，所以一定要合理的选择适合的梁。参考文献1薛伟伟辰.现代预

22、预应力结结构设计计M.北京中中国建筑筑工业出出版社，2003.2GBB500017.钢结构构设计规规范(送审稿稿)SS.20002.3JTTJ 0025-86.公路桥桥涵钢结结构及木木结构设设计规范范S.19988.4聂建建国.钢混凝凝土组合合梁长期期变形的的计算与与分析J建建筑结构构,19997,27(1):42-45.5 HYPERLINK /Class.aspx?query=%E5%91%A8%E6%B3%BD%E5%B9%B3周泽泽平, HYPERLINK /Class.aspx?query=%E7%8E%8B%E6%98%8E%E6%B4%8B王明洋洋, HYPERLINK /Class.aspx?query=%E5%86%AF%E6%B7%91%E8%8A%B3冯淑芳芳, HYPERLINK /Class.aspx?query=%E9%92%B1%E4%B8%83%E8%99%8E钱七虎虎. HYPERLINK /p-QCodezdycj.html振动与与冲击JOUURNAAL OOF VVIBRRATIION ANDD SHHOCKK20007年第26卷第5期.6聂建建国，张张眉河.钢混凝土土组合梁梁负弯矩矩区板裂裂缝的研研究.清