[摘要] 钢与混凝土组合结构分为钢与混凝土组合梁(钢板与混凝土组合梁,钢桁架与混凝土组合梁)、压型钢板混凝土组合楼板、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构和外包钢混凝土结构等形式,本文就其各自的优缺点进行综合的讲述。 [关键词] 钢与混凝土组合梁 压型钢板混凝土组合楼板 型钢混凝土组合结构 钢管混凝土结构
有一个t形工件1.钢与混凝土组合梁、压型钢板与混凝土组合楼板
倒立摆1.1钢与混凝土组合梁
钢与混凝土组合梁由钢梁、钢筋混凝土板以及两者之间的剪力连接件组成。工程中常采用不对称组合梁,主要有以下几种形式:(a)三块不同厚度与宽度的钢板焊接而成;(b)将大型工字钢割去宽厚的上翼缘加焊宽度较小的钢板;(c)将工字钢沿腹板纵向割开然后将不同大小的半工字钢对焊而成;·蜂窝梁。
组合梁首先从截面组成上充分发挥了型钢与混凝土材料各自的特长,与钢筋混凝土梁相比,还有以下优点:刮刮卡制作
(1) 节约钢材,由于截面材料受力合理,混凝土替代部分钢材工作,使其用钢量大幅度下降。如采用塑性理论进行设计,还可降低造价。
(2) 减小截面高度,由于相当宽的混凝土板参与抗压,组合梁的惯性矩比钢梁的大得多。可以达到降低梁高、增加层净高的效果。
(3) 延性好,由于耗能能力强,整体稳定性又好,在实际地震中表现出良好的抗震性能。
(4) 刚度好,混凝土板与钢梁共同工作,抗弯模量增大,致使挠度减小,刚度增大。
(5) 抗冲击、抗疲劳性能好,实际工程表明用于梁桥、吊车梁的组合梁比钢梁具有更好的抗冲击、抗疲劳能力,引起的损伤较小,比起钢吊车梁使用寿命提高了。
1.2压型钢板与混凝土组合楼板
压型钢板与混凝土组合楼板兴起于上世纪90年代,是在压成各种形式的凹凸肋与各种形式的槽纹的钢板上浇注混凝土而制成的组合板。钢板除在施工阶段做模板用外,在使用阶段还兼做混凝土楼板的受力钢筋或部分受力钢筋。压型钢板作为永久性模板,免除了木模板
的支模与拆模,大大简化了施工工序;提高了楼层的结构刚度,从而可以减小梁的高跨比;有效地利用楼层结构的使用空间。
压型钢板本身可作为屋面板以及墙板,与混凝土组合在一起有很多优点:
(1) 压型钢板可作为混凝土的受拉加强部分,用以抵抗板面荷载产生的板底拉力,与混凝土共同抵抗剪力,除了在适当部位要设置钢筋减轻混凝土收缩以及温度变化的影响外,不必再另设钢筋。
(2) 压型钢板相当平整,可直接作为混凝土楼层的顶棚,省工省料,增加了楼层的有效空间,可适当降低层高,节省投资。
(3) 由压型钢板作为其永久性的模板,不再需要安装、拆模,方便施工。
(4) 由于压型钢板本身具有相当的承载力,允许本层浇灌的混凝土尚未达到设定强度值前就可以继续进行上层混凝土的浇筑.使施工进度加快。
2.型钢混凝土组合结构
离心离合器
型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,以下简称SRC)结构是指在型钢周围布置钢筋,并浇筑混凝土的结构。型钢分为实腹式和空腹式。实腹式SRC构件具有较好的抗震性能,而空腹式SRC构件的抗震性能与普通混凝土(Reinforced Concrete,以下简称RC)构件基本相同。因此,目前在抗震结构中多采用实腹式SRC构件。实腹式型钢可由钢板焊接拼制而成或直接采用轧制型钢。
编织布SRC构件的内部型钢与外包混凝土形成整体、共同受力,其受力性能优于这两种结构的简单叠加。与钢结构相比,SRC构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,并能提高钢构件的整体刚度,显著改善钢构件的平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。此外,外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性。与RC结构相比,由于配置了型钢,大大提高了构件的承载力,尤其是采用实腹型钢的SRC构件,其抗剪承载力有很大提高,并大大改善了受剪破坏时的脆性性质,提高了结构的抗震性能。
轴压比是影响普通型钢混凝土柱延性的重要因素,尽管型钢混凝土柱的轴压比限值在形式上与钢筋混凝土柱相差不多,但由于型钢混凝土柱轴压比考虑了型钢项,其实际承受的轴力明显大于钢筋混凝土柱,因而柱的截面面积可大大减小。在实际工程中,可以采取加厚钢板、配置十字形型钢以及提高配箍率等相关措施,提高型钢混凝土柱的轴压比限值。
2.1型钢混凝土结构的特点
(1) 自重轻,构件截面小
型钢混凝土构件中的型钢可不受钢率的限制,它的承载力可以达到同样外形钢筋混凝土构件承载力的一倍以上,因而可以减小构件截面,尤其是对高层和大跨度建筑物,可以减轻自重,增大建筑物层高和使用面积,提高经济效益。
(2) 节约钢材,经济效益好
型钢混凝土结构与全钢结构相比,可节约1P3 左右的钢材,同时克服了钢结构防锈、防腐蚀、防火性能较差、需经常性维护等弱点。型钢混凝土结构中的型钢在混凝土未浇灌前自身已形成钢结构,具有相当大的承载能力。施工中可以将混凝土的模板悬挂在型钢上,而不必为模板另设支柱,因而减少了支模板的劳动力和材料,也不必等待混凝土达到一定强度就可以继续施工上层,使工期大为缩短。
(3) 受力合理,强度高,延性好
型钢混凝土构件充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉压性能,钢筋混凝土与型钢形成整体,共同受力。型钢混凝土结构的延性比钢筋混凝土结构明显提高,这种结构在地震作用下具有很强的抗震性能,这在日本多次大地震中已得到了充分的验证。另外,它的耐久性、耐火等级等方面亦较钢结构和钢筋混凝土结构优越。
2.2型钢混凝土结构在我国的应用轮胎再生胶
20世纪50年代初,我国开始从前苏联引进了型钢混凝土结构,主要用于工业厂房,如包头电厂主厂房、鞍山钢铁公司的沉铁炉基础等。20世纪80年代后,型钢混凝土结构开始应用于高层、超高层建筑中。如北京长富宫饭店,地上25层,地下3层,高88m,地下部分至2层范围为型钢混凝土结构,上部为钢框架结构;上海瑞金大厦27层,由型钢混凝土及普通钢筋混凝土内筒、型钢混凝土框架组成,其中1~9层为型钢混凝土结构;北京香格里拉饭店,地上26层,地下2层,总高82.75m,结构形式为框架—剪力墙体系,其框架柱均采用了型钢混凝土结构柱;还有上海金贸大厦,地上88层,地下3层,总高度420.5m,国内第一,世界第三,其主体结构采用了核心筒加圈复合巨型柱的方案,其巨型柱是由H型钢、钢筋和高强混凝土复而成。正是由于具有良好的力学性能,型钢混凝土组合结构在高层建筑中的应用日益广泛。
型钢混凝土结构除应用于高层建筑及一些特殊结构外,在桥梁工程上的应用也已从局部构件发展到桥梁整体结构。预应力型钢混凝土结构由于自身所特有的低容重P强度比、刚度大、截面利用率高、施工方便等优点,成为最具竞争力的一种结构形式。因此,尽管型钢混凝土结构在桥梁工程中的应用时间不是很长,但已经得到了迅速发展,比如万县长江大桥、杭州市钱江四桥等。
3.钢管混凝土组合结构
钢管混凝土组合结构即在薄壁钢管内填充普通混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构,它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。