结构设计原理 cha23

第五篇钢—混凝土组合构件

组合构件是指两种或多种不同材料结合成整体而共同工作的构件，如钢—混凝土组合构件是采用钢材和混凝土或钢筋混凝土组合，并通过可靠措施使之形成整体受力的构件。钢和混凝土在截面上通过合理布置，以充分发挥两种材料的特性，它将具有承载能力高、刚度大、延性好、节约钢材、降低造价、施工方便等优点，因此具有良好的技术经济效益，在土木工程中，特别是桥梁工程中得到广泛应用。

在工程中，采用的钢—混凝土组合构件，有钢与混凝土组合梁、钢管混凝土组合柱、压型钢板与混凝土组合板、型钢混凝土组合构件、外包钢混凝土构件等五大类。本篇主要介绍钢—混凝土组合梁和钢管混凝土受压构件的受力特性及计算原理。第二十三章

钢—混凝土组合梁23-1概述

一、钢板梁桥的分类及受力特性1.钢板梁桥的组成：钢板梁桥一般由桥面系、钢板梁和支座组成上部承重结构。桥面系一般在主梁之上布置钢板或钢筋混凝土板，直接承受车辆荷载作用。2.组合梁和非组合梁受力特点：（1）非组合梁：当钢筋混凝土板搁置在主梁上时，板沿板跨方向受弯并把荷载传给主梁，而主梁沿梁的纵向受弯，二者工作方向互相垂直，板与梁的接触面发生相对滑移，沿主梁的跨度方向产生的弯矩分别由板和主梁承担，在二者的截面上分别产生弯曲应力。（2）组合梁：如果在钢梁与钢筋混凝土板的接触面上采取可靠的构造措施，把板和主梁紧密相连形成整体—组合梁板不但沿板跨方向受弯，而且在梁的跨度方向与梁一起共同受弯，板属于双向受弯构件。这时钢梁与钢筋混凝土板的截面形成一个具有共同中和轴的整体截面，其刚度、抗弯承载力将大大增加。二、组合梁的截面型式型钢组合梁焊接钢板组合梁（无承托）焊接钢板组合梁（有承托）箱形截面组合梁三、钢—混凝土组合梁的优点：（1）受力合理。（2）抗弯承载力高。（3）梁的刚度大。（4）整体稳定性和局部稳定性好。（5）施工方便。（6）组合梁桥在活荷载作用下比全钢梁桥的噪声小，在城市中采用组合梁桥更为合适。23-2钢一混凝土组合梁的计算原理23-2-1受压混凝土板的计算宽度

组合梁中钢筋?昆凝土桥面板的计算宽度(如图)，采用下列三种宽度中的最小者：(1)梁的计算跨径的1/3；(2)相邻两梁轴线间的距离；(3)承托的宽度(如无承托时，则为钢梁上翼缘的宽度)加12倍的板厚度h'f，即b1+12h'f23-2-2换算截面当钢—混凝土组合梁按弹性理论法计算时（JTJ025-86采用此方法），采用了以下假定：(1)钢材与混凝土均为理想的弹性体；(2)钢筋混凝土板与钢梁之间有可靠的连接，相对滑移很小，可以忽略不计，弯曲变形后截面仍保持平面；(3)钢筋混凝土板按计算宽度内全部面积计算，可不扣除其中受拉开裂部分；(4)忽略钢筋混凝土板中钢筋和承托的作用。按照弹性理论计算原则，组合梁的应力及刚度计算，一般采用材料力学方法。由假定（2）保持混凝土板的换算截面厚度与原截面厚度不变，则板的换算宽度：混凝土面积换算面积不直接承受动力荷载的组合梁可按塑性理论计算（GBJ17-88）（1）中和轴在翼板：（2）中和轴在钢梁内：试推导公式提示：1）由力平衡求受压钢梁面积。3）由对某点矩求正截面极限抵抗矩。2）求各合力间距。23-2-3组合梁的施工方法：（1）浇筑或安装钢筋混凝土板时，钢梁下不设临时支撑施工验算分两个阶段：1）全部荷载（混凝土、模板、施工机械及人员等）由钢梁承受。2）二期荷载由组合梁承受。（2）浇筑或安装钢筋混凝土板时，钢梁下设支架或临时支撑23-2-4温差、混凝土收缩及徐变对组合梁的影响1）温差的影响

钢和混凝土温度线膨胀系数差别不大，即温度变形是协调的。

但二者的导热性能相差很大，当环境温度突然变化时，钢材的温度很快接近环境温度。而混凝土导热系数只有钢材的1/50左右，对环境温度反映慢。因此组合梁的钢板与混凝土板之间产生了温度差异。在露天条件下，气温突变15°C，板间温差约为10°C。这样，相当于钢梁给混凝土板底面水平轴向推力T，混凝土板给钢梁顶部水平轴向压力T。变形协调：水平力2）混凝土收缩的影响

组合梁中混凝土收缩的影响类似于温度影响。混凝土收缩应变：

因此，分析收缩应力时仍然可用上式求得T，再计算应力。但混凝土收缩不是一次完成的，必须考虑徐变的影响。即用考虑徐变影响的有效弹性模量Ece取代Ec--整体浇筑取15~20°C，分