钢—混凝土组合结构的发展与应用pdf

维普资讯．14·60·2007年5月SHANXIARCHITECTUREMav．2007文章编号：1009．6825(2007)140060．02钢一混凝土组合结构的发展与应用武岩刘广杰摘要：介绍了钢一混凝土组合结构的类型和优点，详细地探讨了钢一混凝土组合结构的发展及工程应用，分析了钢一混凝土组合结构需要进一步研究的问题，工程实践表明，该类结构具有显著的经济与社会效益，值得推广。关键词：组合板，组合梁，型钢混凝土，钢管混凝土中图分类号~TU398．9钢一混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型的结构，主要有压型钢板组合板、组合梁、型钢混凝土、钢管混凝土和外包钢混凝土等五类。由于组合结构有节约钢材、提高混凝土利用系数、降低造价、抗震性能好、施工方便等优点，得到了迅速推广与应用，许多国家制定了相应的技术标准。我国对组合结构的研究和应用起步较晚，还没制定一部完整的钢一混凝土组合结构设计规程，限制了其推广与应用。文中介绍了钢一混凝土组合结构的特点和发展概况，以及_些主要的工程应用。近年来的应用实践表明，该类结构具有显著的经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要发展方向之一。1组合结构的发展和工程应用1．1压型钢板与混凝土组合板20世纪60年代前后，欧美、日本等国在多、高层建筑的建设中，采用压型钢板作为浇筑混凝土的永久模板和施工作业平台。60年代末，美国钢结构学会(MSC)以及国际桥梁和结构工程联合会制定了组合结构统一规定。七八十年代，在试验和理论研究上有了新发展，日本建筑学会于1970年出版了《压型钢板结构设计与施工规范及其说明》；加拿大、美国、德国、前苏联等制定了相应的图表和手册。我国由于钢材产量低、薄卷板材尤为紧缺，且压型钢板成型技术与配套技术未得到开发，因而研究起步较晚。1984年冶金工业部冶金建筑研究总院对压型钢板的选型、加工工艺、连接件等配套技术进行了研发与推广，并于1984年～1988年间完成了压型钢板的选型和研制，与厂家联合生产了焊钉及配套产品，并进行了组合板的试验研究，在深圳大学阶梯教室、长富宫中心、京城大厦、瑞丰商务大厦等高层建筑中推广应用，取得了一定的经验。1．2钢一混凝土组合粱钢一混凝土组合梁在美、日、欧洲已经得到了广泛的应用，美国最早制定了设计规范，随后德国、英国和印度也制定了设计规范。我国起步较晚，改革开放以前，虽有少数工程用过组合梁，但文献标识码：A未考虑组合效应，而仅仅作为强度储备和为方便施工而已，也没有制定有关设计规范。1987年以来，原郑州工学院、山西省电力勘测设计院、原哈尔滨建筑工程学院等单位先后对组合梁进行了研究，取得了一系列有价值的成果。近年来，清华大学开展了一系列开口和闭口截面组合梁在纯扭、弯扭以及弯剪扭等联合作用下的试验研究与理论分析工作。由于组合梁具有抗疲劳性能好、承载力可靠、节约钢材、降低梁高和增强梁的刚度的优点，已被广泛应用于以下方面：1)高层建筑。北京国际技术培训中心的楼盖结构采用冷弯薄壁型钢一混凝土简支组合梁，其设计以试验研究为依据，栓钉剪力连接件设计中，节约栓钉47％，与RC叠合板相比，自重降低29％，造价降低5％，工期缩短25％，且建筑标准大大提高，为其在高层建筑中的应用开辟了广阔的前景。2)桥梁结构。北京国贸桥首次采用了钢一混凝土叠合板连续组合梁结构，比原现浇桥面板方案节省近4000m2的模板，减小现场湿作业量，缩短工期一半，且未中断交通；比RC桥梁减轻自重约50％；比钢桥节省钢材30％左右。此外，深圳北站大桥和北京光明桥采用了钢一?昆凝土组合梁，南浦、杨浦大桥及许多在建桥梁采用了钢一混凝土叠合梁结构。3)结构的加固与修复。北京机场路苇沟大桥为多跨钢筋混凝土梁桥，由于不满足当前的通行要求，根据对结构现状的验算评估，采用组合梁进行了改造加固。改造后，减轻了吊梁自重，大大提高了桥的整体刚度，通车前的静载试验表明，该桥的改造达到了设计要求。此外，组合梁也广泛用于多层工业厂房，近年来预应力钢一混凝土组合结构5J和桁架组合梁也开始应用于工程实践。1．3型钢混凝土型钢混凝土是在钢筋混凝土内含型钢的结构，比钢结构和钢筋混凝土具有许多优点，在工程中得到了广泛的应用。20世纪初，欧美、英、日及前苏联等国家就开始了研究。50年代后，在试验Analysisofeccentricbuilding’SinelasticresponseinfuencedbylongitudinalreinforcementratioHOUShi-fengDU．Hong-biaoAbstract：Thestudypresentstheinelasticseismicresponseasanemulativemodeloftheonestoreyeccentricityreinforcedconcreteframeandivesgthewayofimpairngthetorsionalresponsethroughadjustinglongitudinalreinforcementratio．Thenlodelconsidedstiffness—deterioratingcharacteristicsisbuiltupwithANSYSprogram，togiveareferencetotheresearchofrdatedproblemsofsimilarprojects．Keywords：eccentricitystructure，seismicresponse，torsionalvibration，longitudinalreinforcementratio收稿日期：2006．11．08作者简介：武岩(1970．)，男，工程师，吉林省鸿基国际房地产开发有限公司，吉林长春130022刘广杰(1975．)，女，讲师，长春工程学院，吉林长春130012维普资讯期武岩等：钢一混凝土组合结构的发展与应用·6l·2007年5月和理论上进行了大量研究，在理论模型、分析方法及简化计算等延性以及框架节点的试验研究，并对计算理论进行了探讨。方面取得了很多研究成果。该类结构在Et本应用最为广泛，1958包钢结构与钢筋混凝土结构性相比具有节省模板、降低造价年出版了第一版《钢一钢筋混凝土结构计算标准》。随后，欧美、和缩短工期的优点，与钢结构相比具有刚度好、耐火性能好和减英国等国家也制定了型钢混凝土的设计规定。我国的研究开始于80年代中期，冶金部建筑研究总院进行了轴压和偏压短柱、偏压长柱和梁的试验研究；原西安冶金建筑工程学院进行了梁和柱抗剪和反复加载试验及梁柱节点的试验研究。80年代后期，得到了较为系统的研究，并在一些高层建筑工程中应用。由于型钢混凝土与钢结构相比更耐久、更耐火，与钢筋混凝土相比有施工方便、延性好的优点，使得之越来越多地应用于工程实践。1．4钢管混凝土钢管混凝土是在劲性及螺旋配筋混凝土发展起来的，早期一般不考虑钢管对核心混凝土的约束作用而使承载力的提高。20世纪60年代后，该类结构得到深入的研究并被广泛应用，但往往采用壁厚较大的热轧管，且混凝土浇筑工艺未得到很好地解决，经济效果不明显，推广应用受到一定的影响。前苏联在五六十年代进行了大量的研究，并在工业厂房和拱桥结构中采用；美、英、德和法等国主要研究核心混凝土为素混凝土、配筋或型钢混凝土的钢管混凝土。1923年关西地震后，发现钢管混凝土结构的破坏并不明显，故在以后的建筑，尤其是多、高层建筑中，大量地采用该类结构；1995年阪神地震后，更显示了其优越的抗震性能，进一步成为热门课题。我国主要集中研究在钢管中灌素混凝土的内填型钢管混凝土，最早开展研究的是原中国科学院哈尔滨土建研究所(现国家地震局工程力学研究所)。1968年以后，原建筑材料研究院(现苏州混凝土与水泥制品研究院)、原哈尔滨建筑工程学院和中国建筑科学院等单位都先后对基本构件的工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等开展了比较系统的研究工作。60年代中，开始在厂房和地铁工程中采用；70年代后，在冶金、造船、电力等行业的工业厂房得到进一步的推广应用。由于钢管混凝土结构具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、耐火性能较好、抗震性能好等优点，因此，广泛应用于下列建筑：1)高层和超高层建筑；2)桥梁结构；3)空间结构；4)单层和多层工业厂房柱。1．5外包钢混凝土外包钢混凝土是外部配型钢的混凝土结构，是在克服装配式钢筋混凝土结构某些缺点的基础上发展起来的，仿效钢结构的构造方式，是钢与混凝土组合结构的一种新形式。1987年开始，水利电力部华北电力设计院和电力建设研究所的有关工程技术人员首先在电厂的结构体系改革中提出采用包钢结构，并结合实际工程，做了大量的试验研究。80年代以来又与中国建筑科学研究院建筑结构研究所合作进行了外包钢杆件的剪切和偏压剪强度、小防锈面积等优点。因此，已有电力、石油、轻工、冶金等部门约数十个工程采用了包钢结构，如吉林造纸厂碱炉工程、东北清河发电厂四期工程等。包钢结构在前苏联也得到了较广泛的应用。以上对组合结构的各类形式的发展与应用概况进行了介绍，说明其在实际工程中应用的主要优点，但各类组合结构也存在如下缺点：压型钢板组合板的连接性能不好，焊接质量不易保证，且还存在焊接栓钉、镀锌可焊性很差等施工问题；组合梁耐火性能较差；钢管混凝土柱与梁的节点连接方式是设计与施工时的难点；外包钢结构由于外包外露，容易腐蚀，需要做专门的防腐蚀措施。2钢一混凝土组合结构需要进一步研究的问题目前，钢一混凝土组合结构已被列入国家科技成果重点推广项目，为更好地推广组合结构，需要进一步对以下问题进行研究：组合结构在复杂受力状态下的性能及设计方法，温度、徐变和收缩效应及残余应力的影响，组合结构的整体性能和施工力学问题研究，开发新的组合结构形式，开展梁柱节点构造、构件及其节点制造的标准化和组合结构体系的性能研究等。此外，还需推广采用高强高性能材料，更充分地发挥两种材料的“组合作用”，为更好地利用其较好的耐火性能，需要进一步对其耐火性能进行研究。3结语文中介绍了钢一混凝土组合结构的发展过程和主要工程应用。由于其具有诸多的优点，广泛应用于各类建筑结构中，具有广阔的发展前景。工程实践表明，推广该类结构符合我国的基本建设国情，符合建筑结构技术发展方向。尽管组合结构近年来在我国已取得了较大的发展，但是，如何更好地发挥其在工程结构中的优势，还需要加大对组合结构研究的投入，且有必要尽快制定一部完整的钢一混凝土组合结构设计规程。参考文献：[1]韩林海．钢管混凝土结构[M]、北京：科学技术出版社，2000．[2]韩林海．钢管混凝土的理论与实践[J]．工程力学，2001(sup)：226—251．[3]周起劲，姜维山，潘太华．钢一混凝土组合结构设计施工手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1991．[4]聂建国．国内钢一混凝土组合梁的研究及其应用综述[J]．工程力学，2001(sup)：182—190．。[5]舒赣平，吕志涛．预应力钢结构与组合结构的应用和发展[J]．工业建筑，1997(7)：1-3．[6]杨义东，李涛、钢一混凝土组合结构桥在日本的发展趋势[J]．国外桥梁，1998(4)：39—42、Developmentandapplicationofsteel·concretecombinedstructureWUYanLIUGuang．jieAbstract：Itintroducesthetypesandadvantagesofsteel—concretecombinedstructure，discussesthedevelopmentandapplicationofstel—con—cretecombinedstructureindetail，analysestheproblemswhichneedtobefurtherresearchedofstel—concretecombinedstru