工字鋼-混凝土組合梁研究綜述.pdf

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1、器基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)工程FOundation&StructureEnginee—ng工字鋼一混凝土組合梁研究綜述張靜(北京中咨工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100029)摘要：近幾十年來(lái)．工字鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，在橋梁及建筑等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。綜述了工字鋼一混凝土組合梁在國(guó)內(nèi)外的研究狀況，并結(jié)合我國(guó)橋梁建設(shè)情況，提出了在工字鋼一混凝土組合梁方面值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：橋梁工程；組合結(jié)構(gòu)；工字鋼一混凝土組合梁中圖分類號(hào)：7IU398．9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1009—7767(2014)叭一0130—0

2、5ResearchReviewofI—steelandCo眥reteCompositeBeams工字鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)。它是由外露的工字形鋼與鋼筋混凝土板通過(guò)剪力鍵連接形成的一種組合結(jié)構(gòu)。這種組合結(jié)構(gòu)充分利用了鋼材和混凝土各自的材料性能，具有承載力高、剛度大、抗震性能和動(dòng)力性能好、構(gòu)件截面尺寸小、施工快速方便等優(yōu)點(diǎn)。近幾十年來(lái)，工字鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，應(yīng)用實(shí)踐表明．這種組合結(jié)構(gòu)能夠滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)對(duì)功能的要求．具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為結(jié)構(gòu)體系的重要發(fā)展方向之一。作為組合結(jié)構(gòu)

3、體系中重要橫向承重構(gòu)件的工字鋼一混凝土組合梁在橋梁結(jié)構(gòu)及建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。1工字鋼一混凝土組合梁研究概況1．1工字鋼一混凝土組合梁抗剪連接件研究抗剪連接件是保證工字鋼與鋼筋混凝土翼板協(xié)同工作的關(guān)鍵原件。目前，栓釘是最常用的抗剪連接件。栓釘抗剪承載力主要通過(guò)試驗(yàn)確定，常用的試驗(yàn)方法有推出試驗(yàn)和梁式試驗(yàn)兩種，推出試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便，為此被廣泛應(yīng)用且被作為制定規(guī)范的依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)抗剪連接件的研究主要包括靜力和動(dòng)力兩方面。1．1．1靜力試驗(yàn)研究瑞士在20世紀(jì)30年代最早進(jìn)行了鋼一混凝土組合梁中機(jī)械連接件的相關(guān)研究?。在隨后的幾十年里，各國(guó)以

4、推出試驗(yàn)方法對(duì)栓釘連接件的受力性能進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究．得出了栓釘連接件受剪承載力130辛葒投木2014No．1(Jan．)VoI．32的設(shè)計(jì)公式【1-21。1988年，我國(guó)GBJ17—1988《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》首次引入了鋼一混凝土組合梁設(shè)計(jì)的內(nèi)容，其中給出了相應(yīng)的栓釘連接件受剪承載力的設(shè)計(jì)公式(3J。之后，聶建國(guó)等(4】對(duì)栓釘抗剪連接件的實(shí)際承載力進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明栓釘抗剪連接件的實(shí)際承載力比推出試驗(yàn)結(jié)果要高，為此提出了放寬對(duì)栓釘連接件承載力公式限制條件的建議。2003年新修訂的GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》‘5】采用了此項(xiàng)建議

5、，對(duì)栓釘承載力計(jì)算公式的上限值進(jìn)行了較大幅度的修正。自1996年以來(lái)，胡少偉【6】對(duì)復(fù)合彎扭下工字鋼一混凝土組合梁栓釘連接件進(jìn)行了研究，提出了復(fù)合受扭作用下組合梁的抗剪連接件簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法和分析計(jì)算公式，并推出了抗扭組合梁的抗剪連接件的設(shè)計(jì)程序。1．1．2動(dòng)力試驗(yàn)研究在橋梁結(jié)構(gòu)承受動(dòng)力荷載的情況下，工字鋼一混凝土組合梁的疲勞破壞在很多情況下是由栓釘?shù)募羟衅茐脑斐傻模疄榇烁鲊?guó)學(xué)者對(duì)抗剪連接件的疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命開(kāi)展了大量研究。自1966年以來(lái)，對(duì)栓釘抗剪連接件疲勞性能的研究主要集中在以下幾個(gè)方面【1】：1)采用推出疲勞試驗(yàn)對(duì)栓釘?shù)钠谛阅苓M(jìn)行研究

6、，并建立了基于可靠性分析基礎(chǔ)上的重復(fù)荷載作用下的栓釘疲勞承載力計(jì)算公式。2)通過(guò)對(duì)單向循環(huán)和反向循環(huán)加載的大量推出試驗(yàn)結(jié)果的研究．得到了每次疲勞循環(huán)加載引起的殘余滑移變形量。3)通過(guò)總結(jié)大量的靜力和疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用回歸分析的方法對(duì)栓釘疲勞強(qiáng)度進(jìn)行研究．并得出了相應(yīng)的計(jì)算公式。4)通過(guò)對(duì)推出試件進(jìn)行不同荷載幅下的疲勞試驗(yàn)，對(duì)栓釘疲勞壽命的主要影響因素、疲勞破壞的形態(tài)以及栓釘?shù)钠趬勖c剪力幅的關(guān)系進(jìn)行研究，認(rèn)為剪應(yīng)力幅是影響栓釘疲勞壽命的主要因素：疲勞破壞形態(tài)主要有3種情況．即焊縫處母材被栓釘撕裂、栓釘焊縫半邊拉脫母材和釘桿靠近焊縫處斷開(kāi)：并得出

7、了栓釘疲勞壽命與剪力幅的關(guān)系式。1．2工字鋼一混凝土簡(jiǎn)支組合梁基本性能研究工字鋼一混凝土簡(jiǎn)支組合梁自20世紀(jì)20年代出現(xiàn)以來(lái)已有80余年的歷史，在這期間．各國(guó)學(xué)者對(duì)其基本性能展開(kāi)了大量深入、系統(tǒng)的研究，研究?jī)?nèi)容主要集中在2大方面：一是靜力性能方面的研究；二是動(dòng)力性能方面的研究。1．2．1靜力性能研究1)抗彎承載力及變形研究最初．工字鋼一混凝土簡(jiǎn)支組合梁抗彎承載力的計(jì)算采用彈性理論的換算截面法。換算截面法假定鋼與混凝土2種材料均為理想彈性體，兩者連接可靠，完全共同變形。通過(guò)彈性模量比將2種材料換算成1種材料進(jìn)行計(jì)算。該方法使用簡(jiǎn)便，一直作為彈性分析

8、和設(shè)計(jì)的基本方法而被各種設(shè)計(jì)規(guī)范所采用【1’3’5】。但是，梁在實(shí)際受力過(guò)程中，材料并非為理想彈性體；且栓釘連接件本身會(huì)變形，2種材料并