浅议钢筋混凝土梁与钢混凝土组合梁

浅议钢-混凝土土组合梁与与钢筋混凝凝土梁摘要：分析钢---混凝土组组合合梁与钢钢筋混混凝土梁梁的设设计和计计算的的异同，重重点点探讨钢-混凝土组组合合梁与钢钢筋混混凝土梁梁的变变形特点点、裂裂缝、受受弯承承载力，在在分分析的基基础上上，加深对对其其的了解解，从从而知道道钢-混凝土组组合合梁是组组合结结构中最最常见见的组合合构件件之一，是在钢结结构构和混凝凝土结结构基础础上发发展起来来的一一种新型型梁，它是由钢钢筋筋混凝土土翼缘缘板，钢梁肋部部和和抗剪连连接件件组成的的整体体受力构构件。钢与混凝凝土土组合梁梁结构构充分利利用了了钢材受受拉性性能好和和混凝凝土受压压性能能好的特特点，是将两种种材材料通过过连接接件组合合成整整体而共共同工工作发挥挥作用用的一种种新型型结构。钢筋混凝凝土土梁形式式多种种多样，是是房房屋建筑筑、桥桥梁建筑筑等工工程结构构中最最基本的的承重重构件，应应用用范围极极广。关键词：钢-混混混凝土组组合梁梁、钢筋筋混凝凝土梁、变变形形、受弯弯、裂裂缝前言：钢-混凝凝凝土组合合梁是是由钢梁梁、连连接件和和钢筋筋混凝土土板组组成，而而钢筋筋混凝土土梁是是用钢筋混混凝凝土材料料制成成的梁。钢钢-混凝土组组合合梁的上上翼缘缘有截面面面积积较大的的钢筋筋混凝土土板承承受压力力，致致使钢梁梁上翼翼缘截面面减小小，从而而节约约钢材，钢钢梁梁下翼缘缘则承承受拉力力，这这是组合合梁的的受力特特点。钢筋筋混凝土梁梁既可作成成独立梁，也可与钢钢筋混凝土土板组成整整体的梁-板式楼盖盖，或与钢钢筋混凝土土柱组成整整体的单层层或多层框框架。1、变形1.1钢-混凝凝凝土组合合梁1.1.1在在在荷载保保持不不变的情情况下下，由于于混凝凝梁发生生收缩缩徐变，组组合合梁的变变形将将不断增增加。1.1.2混凝凝凝土的收收缩徐徐变受到到钢梁梁的约束，组组合梁截截面中中将产生生内力力重分布布，这这种内力力重分分布也会对对组组合梁的的长期期变形产产生影影响[1]。中国现行《钢结结结构设计计规范范))(GGB5000117，送审审稿稿)[2]和《公路路桥涵钢钢结构构及木结结构设设计规范范》((JTJ00225-886))[3]中均采用用降降低棍凝凝土弹弹性模量量的方方法来考虑虑混混凝土收收缩徐徐变对组组合梁梁长期变变形的的影响，混混凝凝土长期期荷载载作用下下的有有效弹性性模量量E为E=E/k式中：E为混凝凝凝土初始始弹性性模量;kk为混凝土土弹性模模量折折减系数数。文献[2]提出出出考虑混混凝土土徐变影影响时时k取2.0；文献[33」认为只只计混凝凝土徐徐变时k取2.55，同同时考虑虑混凝凝土收缩徐徐变变时k取2.0。应该指指出出，上述述规范范公式中中采用用的单一一弹性性模量折折减系系数法计计算简简单，便便于广广大工程程设计计人员应应用。但但在系统统查阅阅了国内内外有有关组合合梁时时随性能能的最最新研究究成果果后，发发现上上述规范范方法法也存在在着一一定的局局限性性[4]；一方面面不不能反映映混凝凝土徐变变系数数的时随随变化化，徐变变系数数与加载载时棍棍凝土的的龄期期和加载载持续续时间等等多种种因素有有关，随随加载龄龄期的的增长而减减小小，又随随加载载持续时时间的的增加而而增大大；另一一方面面，按式式(1)计算的最最终终变形值值偏小小。在国内内外外已有的的相关关科技文文献中中，文献[4]对钢一混凝凝土土组合梁梁的长长期变形形进行行了讨论论，建建立了钢一一混混凝土组组合梁梁的长期期刚度度计算公公式。但但该公式式只适适用于普普通组组合梁，不不能能用来计计算预预应力组组合梁梁，且公公式形形式过于于复杂杂。有的的提出出了“变刚度”的分析方方法法，来分分析预预应力组组合梁梁的时随随性能能，也有有的提提出了一一步迭迭代法、无无迭迭代渐进进法、迭迭代渐进进法和和基于无无迭代代渐进法法的改改进方法法，来来计算因因混凝凝土收缩缩、徐徐变和预预应力力筋松弛弛引起起的预应应力损损失。1.2钢筋混混混凝土梁梁1.1.1HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee"钢筋筋筋HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%bb%ec%c4%fd%cd%c1"混凝土梁在在外外荷载的的直接接应力和和次应应力的作作用下下，引起起结构构变形在房屋建设中，HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%b8%d6%bd%ee"钢筋砼结构是不可缺少的结构体系，也是保证工程主体质量的重要环节。HYPERLINK"/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"混凝土梁在外荷载的直接应力和次应力的作用下，引起结构变形而HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂缝。构件在使用过程中受年温差的长期作用，当温差的胀缩应力大于构件极限抗拉强度时就会HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂缝。构件HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂缝的因素是多方面的，包括结构设计、地基沉降差异、施工质量、材料质量、环境影响等，无论何种原因产生的HYPERLINK"/SearchResult.aspx?type=0&startpos=1&sort=1&keywords=%c1%d1%b7%ec"裂缝，都会给建筑物肢体结构带来影响。1.1.2在低低低速冲击击荷载载作用下下梁的的变形与与其动动力特性性、冲冲击体与与梁的的质量比Ms/MMbb，冲击速度V0、冲击时时间间和冲击击体形形状密切切相关关。在足够宽宽的Ms/MMb、V0的变化范范围围内，钢筋混凝凝土土梁呈现现出一一致的状状态特特性[5]。2、裂缝2.1钢-混凝凝凝土组合合梁2.1.1钢---混凝土组组合合梁负弯弯矩区区出现裂裂缝钢-混凝土组合合梁梁由于钢梁梁梁及抗剪剪连接接件的约约束作作用，钢-混凝土组组合合梁在承承受负负弯矩作作用时时，其裂裂缝的的形成、发发展展除表现现出和和钢筋混混凝土土梁相似似的规规律外，还还具具有其自自身的的特点：：（1）、随随着龄期期的增增长，混混凝土土板产生生收缩缩徐变，在在与与刚度相相对较较强的钢钢梁之之间的相相互作作用下会会形成成一定的的内应应力，造造成开开裂荷载载降低低，同时时裂缝缝发展初初期宽宽度较大大；（2）、钢钢筋混凝凝土梁梁的裂缝缝高度度可以达达到平平均中性性轴位位置，但但对于于组合梁梁，钢钢梁的存存在使使裂缝高高度不不能达到到组合合梁的平平均中中性轴处处；（3）、由于剪剪力力钉对裂缝缝缝的约束束作用用，组合合梁的的裂缝高高度一一般到达达剪力力钉顶部部，或或者在两两个剪剪力钉之之间，少少部分的的裂缝缝贯通而而到达达钢梁的的顶部部；（4）、随着荷荷载载的增加，钢钢梁和混凝土土板之间发生生滑移，滑移移可以产生附附加曲率，或或者说使得负负弯矩区的手手拉钢筋产生生附加应变，这这是导致组合合梁的裂缝宽宽度增大[6]。2.2钢筋混凝凝凝土梁钢筋混凝凝凝土梁裂裂缝是是一种很很普遍遍的现象象，钢钢筋混凝凝土梁梁产生裂裂缝的的原因十十分复复杂，越越来越越引起国国内外外学者和和工程程界的重重视。通通过长期期的施施工实践践对钢钢筋混凝凝土梁梁裂缝产产生的的原因有有一定定的总结结。2.2.1材料料料质量混凝土所采用的的的材料的的质量量不合格格，可可能导致致结构构出现裂裂缝。袁袁观锡[7]等人也认认为为钢筋混混凝土土裂缝产产生的的原因与与选材材有直接接的关关系，应应选用用级配良良好的的骨料，严严格格控制砂砂、石石含量，避避免免外掺料料不合合理的现现象。混混凝土的的搅拌拌、运输输、浇浇捣、振振实各各道工序序中的的任何缺缺陷和和疏漏，也也是是产生裂裂缝的的直接原原因。2.2..22施工质量量由于混凝土标号号号偏低、受受力力钢筋截截面偏偏小、截截面尺尺寸不符符合设设计等而而导致致混凝土土梁出出现裂缝缝。由由于施工工工艺艺不合理理，施施工质量量低劣劣，可能能产生生各种形形式的的裂缝。裂裂缝缝出现的的部位位和走向向因产产生的原原因而而异。预预制钢钢筋混凝凝土梁梁在运输输、吊吊装的过过程中中，由于于支撑撑不合理理、吊吊点位置置不符符，以及及较大大的振动动或冲冲击荷载载，也也会导致致钢筋筋混凝土土梁出出现裂缝缝。2.2.3工工工程设计计工程设计欠周全全全，也是是引起起混凝土土梁产产生裂缝缝的一一个重要要原因因之一。钢钢筋筋混凝土土梁的的截面不不够、梁梁的跨度度过大大、高度度偏小小，或者者由于于计算错错误，受受力钢筋筋截面面偏小、配配筋筋位置不不当、节节点不合合理、结结构缝设设置不不妥等因因素，均均容易导导致混混凝土梁梁出现现结构裂裂缝。2.2.4温度度度变化温度裂缝是粗裂裂裂缝产生生的重重要原因因，一一般出现现在配配筋薄弱弱处。在在浇筑混混凝土土时，由由于混混凝土内内外温温差过大大，容容易引起起较大大的温度度应力力，当混混凝土土温度应应力超超过混凝凝土抗抗拉强度度时，混混凝土机机会开开裂；另另外，混混凝土在在降温温收缩时时，由由于受约约束内内部产生生拉应应力，当当混凝凝土拉应应力超超过混凝凝土抗抗拉强度度时，混混凝土也也容易易开裂。2.2.5养护护护方法目前在混凝土施施施工中采采用的的养护方方法基基本沿用用过去去简易的的方法法，这种种方法法已远不不适应应泵送混混凝土土的较大大温度度收缩变变形要要求。2.2.6功能能能改变在使用过程中，改改变原来使用用功能，将办办公室改为仓仓库，屋面加加层、使用不不当、增大梁梁上荷载等均均会出现裂缝缝。3、抗弯承载力力力3.1钢-混凝凝凝土组合合梁目前，钢-混凝凝凝土组合合梁多多采用栓栓钉剪剪力连接接件形形式，其其抗弯弯承载力力不仅仅受到自自身材材料强度度、截截面尺寸寸的影影响，还还要受受到界面面剪力力连接件件数量量和混凝凝土翼翼板内横横向配配筋率的的影响响。国内一一些些学者对对此进进行了研研究[[8]，但但由由于研究究的角角度和形形式各各不相同同，其其成果不不便于于在工程程中得得到直接接应用用。3.1.1弹性性性受弯承承载力力的计算算基本本假定（1）、刚才和和混混凝土均为为为理想的的弹性性体；（2）、钢材和和混混凝土板之之之间的滑滑移很很小，可可以忽忽略不计计，组组合截面面的应应变保持持平面面；（3）、在正弯弯矩矩作用下，计计算混凝土板板面积时不扣扣除其中受拉拉开裂的部分分；（4）、在正弯弯矩矩作用下，不不考虑混凝土土板中的钢筋筋作用；（5）、中间支支座座两侧负弯弯弯矩区混混凝土土板受拉拉开裂裂区段的的长度度，各为为该跨跨的0.15倍；在确确定定截面刚刚度时时，只计计入该该区段的的钢筋筋，不计计入该该区段的的混凝凝土板。3.1.2、截截截面特征征（1）、混凝土土板板的换算宽宽宽度按弹性理论计算算算时，应应该根根据应变变相同同且总内内力不不变的原原则，将将受压混混凝土土板的有有效宽宽度b折算成与与刚刚才等效效的换换算截面面宽度度。短期荷载作用下下下长期荷载载作作用下（2）、换算截截面面重心轴（中中和轴）的位位置若取组合梁的底底底边为基基线，在在短期荷荷载作作用下，课课的的组合截截面的的重心轴轴距组组合截面面底边边的距离离（3）、换算截截面面绕重心轴轴轴的惯性性矩以组合截面底边边边为基线线，将将混凝土土界面面换算成成钢梁梁截面，则则组组合梁换换算截截面绕重重心轴轴的惯性性矩按按下式计计算3.1.3、截截截面计算算（1）、正弯矩矩作作用下的正正正应力计计算当组合梁下设有有有临时支支撑时时，按一一个阶阶段受力力设计计，如果果其中中的永久久荷载载不是很很大，这这是不考考虑混混凝土徐徐变的的影响，梁梁上上的全部部荷载载由组合合截面面承受，其其正正应力可可按下下式计算算：对钢梁部分对对对混凝土土部分分当组合梁下不设设设临时支支撑时时，按两两个阶阶段受力力设计计，这是是长期期荷载作作用下下混凝土土徐变变的影响响可以以不考虑虑，其其正应力力可按按下式计计算：：对钢梁部分对混凝土土部部分（2）、负弯矩矩作作用下的正正正应力计计算当组合梁下设有有有临时支支撑时时，按一一个阶阶段受力力设计计，梁上上的全全部荷载载有组组合截面面承受受，其正正应力力可按下下式计计算：对钢梁部分对混凝土土部部分当组合梁下不设设设临时支支撑时时，按两两个阶阶段受力力设计计，其正正应力力可按下下式计计算：对钢梁部分对混凝土土部部分3.2钢筋混凝凝凝土梁3.2.1现有有有承载力力计算算方法钢筋锈蚀对构件件件抗弯承承载力力的影响响主要要表现在在4个方面:钢筋截面面面面积减小小、构构件截面面尺寸寸相应变变小、钢钢筋强度度降低低，以及及钢筋筋与混凝凝土之之间的粘粘结性性能退化化。对对于锈蚀蚀引起起的前3个因素，在在在承载力力计算算中相对对容易易考虑，且且概概念上也也较明明确;对于粘结结退退化的影影响，目目前则主主要是是通过钢钢筋与与混凝土土的协协同工作作系数数来考虑虑，并并且在试试验基基础上给给出了了该系数数的计计算公式式。现现有锈蚀蚀钢筋筋混凝土土梁的的承载力力计算算方法是是，先先根据锈锈蚀程程度确定定钢筋筋与混凝凝土的的协同工工作系系数，再再考虑虑钢筋锈锈蚀损损伤后的的实际际截面面面积和和屈服强强度，最最后按混混凝土土规范中中完好好构件承承载力力公式计计算锈锈蚀梁的的抗弯弯承载力力。从从现有的的计算算方法来来看，计计算锈蚀蚀钢筋筋混凝土土梁承承载力的的关键键是确定定钢筋筋与混凝凝土的的协同工工作系系数。本本文中中选择了了不同同的损伤伤指标标，如裂裂缝宽宽度、钢钢筋截截面损失失率、锈锈蚀损伤伤范围围[9]等，建议议了了协同工工作系系数的取取值方方法。3.2.2抗弯弯弯承载力力计算算根据构件锈蚀后后后的截面面配筋筋指标和和钢筋筋锈蚀程程度计计算极限限状态态下受拉拉钢筋筋的强度度利用用系数，即即可可确定锈锈蚀钢钢筋的极极限应应力，再再按规规范中计计算完完好混凝凝土梁梁的方法法计算算锈蚀构构件的的承载力[10]在极限状状态态下，根根据截截面平衡衡条件件可得式中:a，为等等等效矩形形的应应力值与与轴心心抗压强强度设设计值的的比值值，当混混凝土土强度等等级不不超过C5500时，取all==1..0；；x为等效矩矩形形应力的的混凝凝土受压压区高高度。由于现行行规规范GB5500110--20002中中提高了了安全全度水平平，承承载力计计算中中采用的的是轴轴心抗压压强度度，为了了尽量量反映试试验构构件的实实际承承载力，在在验验证计算算时，混混凝土强强度仍仍采用规规范GGBJ110--89中的的弯弯曲抗压压强度度。4、结束语对钢-混凝土组组合梁梁与钢筋筋混凝土土梁进进行上述述对比比和研究究，钢钢-混凝土组组合合梁是利利用钢钢材宜于于受拉拉,混凝土宜宜于于受压的的特点点,通过剪切切连连接件将将钢梁梁与混凝凝土板板连接成成为整整体而共共同工工作的一一种新新型承重重构件件。它兼兼有钢钢梁和钢钢筋混混凝土梁梁的优优点,具有良好好的的经济效效益和和社会。钢钢筋筋混凝土土梁也也被广泛泛应用用，但是是钢筋筋混凝土土结构构抗裂性性较差差，受拉拉和受受弯等构构件在在正常使使用时时往往带带裂缝缝工作，对对一一些不允允许出出现裂缝缝或对对裂缝宽宽度有有严格限限制的的结构，要要满满足这些些要求求就需要要提高高工程造造价。应用用的同时要要注意其的的缺点，所所以一定要要合理的选选择适合的的梁。参考文献[1]薛伟辰...现代预应应力力结构设设计[M].北京中国国建建筑工业业出版版社，200003.[2]GB50000177.钢钢结构设设计规规范(送审稿)[[SS].200022.[3]JTJ0255-886.公路路桥桥涵钢结结构及及木结构构设计计规范[S]..19988..[4]聂建国...钢混凝土土组组合梁长长期变变形的计计算与与分析[J]建筑结构构,119977,227(11)::42--455.[5]HYPERLINK"/Class.aspx?query=%E5%91%A8%E6%B3%BD%E5%B9%B3"周泽平,,,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"冯淑芳,HYPERLINK"/Class.aspx?query=%E9%92%B1%E4%B8%83%E8%99%8E"钱七虎.HYPERLINK"/p-QCode~zdycj.html"振动与冲冲击JOURRNNALOFFVIIBRRATIIONNANNDSHOOCKK2007年第26卷第5期.[6]聂建国，张张张眉河.钢—混凝土组组合合梁负弯矩矩区区板裂缝缝的研研究.清华大学学学学报（自自然科科学版），19977,