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1、1贵州大学土木工程学院组合结构本科生论文 2013年11月 组合结构论文学校：贵 州 大 学学院：土木工程学院班级：建工102班姓名：李 光 灿指导老师：周理老师2013年11月01日贵州大学土木工程学院组合结构本科生论文 2013年11月 组合结构考查论文【摘要】：组合结构是由各种组合构件组成的结构，随着科学技术的不断发展，各种新型的组合结构不断出现。在钢-混凝土组合结构中，目前前景最好、应用最广泛的主要有压型钢板与混凝土组合楼板、组合梁、型钢混凝土结构以及钢管混凝土结构；本文将重点介绍组合梁和钢管混凝土结构，分析组合结构的构成、受力性能以及在设计或施工中应该注意的问题。【关键词】：组合结构
2、、组合梁、钢管混凝土结构、结论一，组合结构1-1，组合结构及其应用 根据结构的组成材料的不同，可以把结构分为砌体结构、木结构、钢结构、钢筋混凝结构、钢-混凝土组合结构等。由两种以上性质不同的材料组成整体，并能共同工作的构件称为组合构件，有各种组合构件组成的结构称为组合结构。钢筋混凝土结构是由钢筋与混凝土两种不同性质的材料构件组成的，它也是组合结构当中的一种，在现阶段的民用和商业建筑当中都应用的相当的广泛，现已为人们所熟知。组合结构主要应用在房屋建筑和桥梁工程当中，在工业、民用以及高层建筑当中，组合结构的组成构件主要是钢混凝土组合在一起工作的梁、板、组。在桥梁工程当中，组合结构主要用在简支梁桥、
3、公路桥、铁路桥、公铁两用桥以及人行桥当中。现阶段，各种各样新型的组合结构被广泛地应用在建筑结构当中，对于刚刚新兴的组合结构，主要是钢-混凝土结构应用得比较广泛。12，受力性能分析 钢-混凝土结构是一种新型的结构形式，它充分发挥了两种材料的优良性能。在混凝土结构的应用中，组合梁在材料上充分发挥了两种材料的力学特点，避免了结构刚度和强度的浪费，在节约材料和减轻结构自重的同时，提高了结构构件的刚度和强度；钢管混凝土结构则具有承载能力高、延性好、抗震性能优越、施工方便、防火耐火和耐腐蚀性能好的特点。钢-混凝土结构之所以能够做到受力合理、材料充分利用，主要是因为钢材具有良好的抗拉强度和延性，而混凝土则有
4、良好的抗压强度和较大的刚度，并且混凝土的存在提高了钢材的整体和局部抗弯曲的能力，所以，两种材料形成的各种组合构件组合在一起形成的组合结构在地震作用和风荷载的影响下仍然具有很好的强度、刚度、延性以及较好的耗能性能。基于组合结构在受力和稳定性的优点，各种不同形式的组合结构被广泛地应用到高层、超高层建筑当中以改善结构的受力和工作性能。二，组合梁2-1，组合梁的工作性能 组合梁主要是将混凝土楼板与钢梁可靠连接在一起，使混凝土楼板不仅能作为桥面板、楼面板和屋面板使用，而且还可以将它作为梁的翼缘，成为梁的一部分，这样便可以使梁的承载能力和刚度得到提高，同时打掉减小结构构件的截面尺寸、改善结构受力性能的目的
5、。为了使混凝土板和钢梁之间能够共同工作，现阶段，主要是采用刚性链接和焊接栓钉链接的方法将混凝土楼板与钢梁链接在一起。这种刚性链接件可以称之为剪切构件。在工作时，剪切构件承受了钢梁与混凝土叠合板之间的纵向水平剪力，限制两者之间的相对滑移，同时，它还抵抗了竖向使混凝土板与钢梁产生分离的“掀起力”。2-2，组合梁设计时应注意的问题 钢-混凝土组合梁在设计时，可以采用型钢、工字钢、钢箱梁以及钢桁架梁，目前使用最多的应该是工字钢。为了使混凝土板能够和钢梁共同工作，在设计时要根据组合梁的受力特点，采用上翼缘窄而下翼缘宽的不对称工字型截面。对于跨度和荷载均较小的组合梁，可以采用小型工字钢，如果荷载较大，应该
6、采用截面较大的工字钢截面，为了避免截面的上翼缘过大而造成钢材的浪费，可以在小型的工字钢的下翼缘上加焊一块钢板来增加受拉区型钢的面积。对于大跨度且承受重荷载的梁，可以根据需要使用截面适合的钢梁。在民用和工业建筑中，为了便于楼层管线和预留管道的通过，可以将梁做成蜂窝梁。 在浇注混凝土的翼板时，在负弯矩部位必须要配置纵向受力钢筋并承受拉力，由钢梁承受压力。在设计剪切链接件时，应该要注意剪切连接件的计算，剪切件的设计可以更加剪力的大小和、剪切相对滑移量的大小来确定链接件的数量。剪力连接件可以采用剪力钉、型钢或者钢筋。此外还需要在钢梁与混凝土板的相接处设置板托；因为带板托的梁受力较为合理，它不仅增加了板
7、在梁支承处的截面，提高了混凝土板的抗剪与抗冲切承载能力，同时由于增加了梁的截面高度，所以，梁的相对刚度和承载能力都得到了提高。 在做梁的承载力计算时，应该按照弹性理论进行截面分析。对组合梁的挠度进行计算时，也要采用弹性理论计算法。当梁下不设置支撑时，应该按照两个受力阶段来进行组合梁的受力计算；第一个阶段计算时要按照一般梁来计算其强度、挠度和稳定性；第二个阶段计算时，应该将第一个阶段产生的挠度或应力与第二阶段计算的挠度或应力进行叠加，在第二阶段计算时，可以不考虑钢梁的整体稳定性。而组合梁按照塑性分析方法计算承载力时，则不应该考虑应力叠加。钢梁在设计时，应该采用C40以上的混凝土。三，钢管混凝土3
8、-1，钢管混凝土柱的受力性能由于钢管混凝土最适于受压，所以，钢管混凝土主要应用在受压柱中，钢管混凝土柱可以按照其截面形式的不同将其分为方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土柱。钢管混凝土柱的工作原理：一方面，利用横向钢管对混凝土施加侧向约束，使管内混凝土处于三向受压状态，延缓其纵向裂缝的开展和延续，从而提高了混凝土的抗压强度和抗压缩变形性能；另一方面，借助内填充混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变了钢管的失稳模态，从而提高了钢管混凝土的承载能力。 在钢管混凝土受到外荷载的作用时，外加荷载仅仅作用在核心混凝土上，在外侧钢管的侧向压力的作用下，混凝土会处于复杂的应力状态下工作，
9、从而使混凝土的强度得到了提高，改善了混凝土的延性和塑性。同时，由于有混凝土的存在，避免和延缓了钢管产生局部弯曲，使得钢管能够充分发挥其承载能力而不至于发生失稳破坏。在受力工作的过程中，混凝土和钢管相互弥补了各自的缺点，可以使得两种材料的性能得到充分的发挥。在施工的过程中，钢管还可以当作混凝土的模板使用，这大大缩短了钢管混凝土柱的施工周期，且提高了混凝土浇注的质量。3-2，钢管混凝土构件在设计中应注意的问题 在钢管混凝土结构的设计当中，节点设计的安全可靠性是确保结构安全的关键点，所以，在节点设计时应该满足以下设计原则：（1）节点应具有足够的整体刚度和承载能力，满足强柱、弱梁、节点更强的原则；（2
10、）节点构造应满足设计中采用的计算模型，刚接或铰接不能混淆；（3）节点应满足传力功能的要求，传力途径要求明确、简洁而可靠；（4）在满足以上三点的基础上，要尽可能地使节点构造简单、节约钢材和施工方便。节点的连接可以按其受力性能的不同分为刚性节点和铰接点。 如果梁柱之间采用刚性节点连接，刚性节点必须要保证在最大内力的作用下，梁和柱的轴线的夹角保持不变，无相对角变形。同时梁端的弯矩、轴力和剪力可以通过一些连接件传递给钢管混凝土柱。由于来自梁的多方向的内力会把钢管沿径向向外拉，这样会影响到钢管混凝土柱的紧箍作用，所以，在设计时，应该在梁的翼缘平面位置设置加强环，以保证钢管混凝土柱在节点处的整体稳定性，并
11、传递梁端的拉力；同时，在梁端有负弯矩时，不能将加强环省去。加强环设置在钢管混凝土内部称为内加强环，设置在外部称为外加强环。只有当钢管混凝土柱的直径大于1m时才考虑将加强环设置成内加强环。当内力较小时，可以考虑用套管连接。3-3，钢管混凝土柱在施工中应该注意的问题 钢管混凝土柱的施工可以分为钢管结构的制作和组装，以及钢管内部混凝土的浇注两个部分，在实施工时要注意以下几点：1） 管内的混凝土的浇注属于隐蔽工程，混凝土的浇注质量难以得到检查，所以，当工人在浇注钢管内部的混凝土的时候，必须加强管理，做好现场监督工作，严格按照浇注规范和程序进行施工，确保管内的混凝土振捣密实。当采用高位抛落无振捣施工以及
12、泵送顶升法时，要按照规范施工。2） 管柱一般较长，管内的混凝土的施工高度较大。在工业建筑中一般可以达到1050m，在高层建筑当中使用的高度更大，所以，可以采用一次泵送或抛落混凝土的方法，也可以采用分段施工。3） 当工人在浇注并振捣时，应加强操作管理，保证不间断地连续施工，保证混凝土的质量；同时，为了避免混凝土外部焊接对混凝土的影响，管外的零部件在浇注之前应该在工厂焊接好，如果非要在现场焊接时，应该采用焊接线能量较小的焊接工艺措施；焊接在钢管上的零部件与肢管应该采用曲线连接，为了保证施工的质量，可以采用自动切割或者胎架连接。 组合结构之间最重要的是组合构件之间的连接，钢管混凝土构件在连接时，应该
13、优先选用螺旋焊接管连接。柱脚在连接时，应该在柱脚加加劲肋或加劲板，在底板与基础之间预埋钢板直接焊接，焊接后再浇注混凝土，形成刚性链接。刚性连接可以分为插入杯口式和锚固式，在施工时应该优先选用插入杯口式刚接，因为杯口式刚接，不仅传力路径直接，而且节约钢材。选用无螺旋焊接管连接时，应该用滚床制的钢管。在制管时，必须根据板厚将板端仔细开好切口。为适应钢管拼接后的轴线要求，钢管的坡口端应该与管轴严格垂直。施工时，应该注意做好钢管内部混凝土的质量检查验收工作。在施工的过程中，应该按照规定预留立方体试块和一组长试块，补充鉴定混凝土的弹性模量。工地上施工时可以采用敲击法来判断混凝土内部是否密实。如果发现有不
14、密实的地方，可以用钻孔压浆法加以补强。在检查时，抽取的柱子数量按照25%抽查，且不应少于三根柱子。四，结论 组合结构是一个很大的范畴，它主要包括钢-混凝土混合结构、木-混凝土组合结构、砌体-混凝土框架结构、夹层和叠层结构以及其他多种不同形式的混合结构，在众多的组合结构中，钢-混凝土组合结构是一种目前应用最广泛的新型混合结构体系。本文主要从组合结构的组成、结构的受力和工作机理、结构的应该范围、结构在设计和施工中应该注意的问题等几个方面分析了钢-混凝土组合结构中的组合梁和钢管混凝土结构。参考文献1 赵鸿铁 张素梅. 组合结构设计原理. 新世纪土木工程系列教材，20132 王玉银组合结构哈尔滨工业大学土木工程学院教师课件，20083 邵长宇.组合结构桥梁.上海会议组合结构应用研究报告，20104 聂建国，樊健生钢与混凝土组合结构设计北京：中国建筑工业出版社，20085 王越浅谈钢与混凝土组合结构设计山西建筑，2008，12：91926 蔡健钢-混凝土组合结构华南理工大学土木工程系老师讲义，20047 潘继文 马山积. 钢与混凝土组合结构综述. 百度网，20102
