摘要： 本文介绍了钢-混凝土组合结构的一般概念和发展概况，对钢-混凝土组合结构的研究和工程应用进行了叙述，总结了组合梁、压型钢板与混凝土组合板、钢管混凝土结构、型钢混凝土组合结构的特点，对钢-混凝土的前景进行展望。
关键词: 钢-混凝土组合结构；应用；发展；未来展望
引言
钢一混凝土组合结构是由钢材和混凝土两种不同性质的材料经组合而成的一种新型结构。它是钢和混凝土两种材料的组合,充分发挥了钢材抗拉强度高、塑性好和混凝土抗压性能好的优点,弥补彼此各自的缺点,已被广泛的应用在高层超高层建筑、重工业建筑、桥梁结构、大跨度和高耸结构中,并逐渐形成了与传统四大结构(钢结构、混凝土结构、木结构、砌体结构)并列的第五大结构。我国自80年代以来开始系统研究钢一混凝土组合结构,对梁、柱、连接节点等进行了深人的试验研究和理论分析,并在实际工程中得到了较好的应用,取得了良好的经济效益和社会效益。
1 概述
钢与混凝土组合结构依照钢材形式与配钢方式不同又有多种种类,并且一些新的结构形式仍在不断出现。目前研究较为成熟与应用较多的主要有下列几种：
(1) 组合梁
将钢梁与混凝土板组合在一起形成组合梁。混凝土板可以是现浇混凝土板,也可以是预制混凝土板、压型钢板混凝土组合板或预应力混凝土板。钢梁可以用轧制或焊接钢梁。其特点同样是混凝土受压,钢梁主要受拉与受剪,受力合理,强度与刚度显著提高,充分利用混凝土的有利作用。并且由于侧向刚度大的混凝土板与钢梁组合连接在一起,很大程度上钢结构容易发生整体失稳和局部失稳。
组合梁较非组合梁不仅节约钢材，降低造价，还降低了梁的高度。这在建筑或工艺限制梁高的情况下，采用组合梁结构特别有利。在一般的民用建筑中，钢梁截面往往由刚度控制，而组合梁由于钢梁与混凝土板共同工作，大大地增强了梁的刚度。增加了梁的承载力，降低冲击系数。抗震性能好，抗疲劳强度高，局部受压稳定性能良好，使用寿命长。
（2）压型钢板与混凝土组合板
这是在压成各种形式的凹凸肋与各种形式槽纹的钢板上浇筑混凝土而制成的组合板,依靠凹凸肋及不同槽纹使钢板和混凝土组合在一起。压型钢板与混凝土组合板的特点就是利用混凝土造价低廉、抗压强度高、刚度大等特点作为板的受压区,而受拉性能好的钢材放在受拉区。代替板中的受拉钢筋,使两种材料合理受力,各得其所,都能发挥各自的优点。
（3）钢管混凝土结构。
钢管混凝土结构指的是在钢管中浇筑混凝土,并不另配钢筋。这种结构的主要特点是利用钢管约束混凝土,使得混凝土由原来的单向受压状态转变为三向受压状态。由于约束混凝土的强度大大提高,因此使构件承载能力大幅提高,从而构件截面可以大大减小。目前比较常用的钢骨截面形式是圆钢管。圆形截面的钢管在约束混凝土时受力更为合理。
（4）型钢混凝土组合结构
型钢混凝土是在钢筋混凝土内部埋置型钢形成的构件,它的突出优点是承载力高、构件截面较小、可降低结构层高;可以利用型钢的承载力减少模板工程量、缩短工期;结构延性好、抗震性能优良;耐火性和防火性明显优于钢结构。
2 发展历程
钢-混凝土组合结构的发展概况钢-混凝土组合结构起源于本世纪初期。于20世纪 20 年代进行了一些基础性的研究。到了20世纪50年代已基本形成独立的学科体系。至今组合结构在基础理论、应用技术等方面都有很大的发展。目前，钢-混凝土组合结构在高层建筑、桥梁工程等许多土木工程中得到了广泛的应用，并取得了较好的经济效益。
在国外， 钢-混凝土组合结构最初大量应用于土木工程是在第二次世界大战结束后。
当时的欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁，工程师们采用了大量的钢-混凝土组合结构，加快了重建的速度，完成了大量的道路、桥梁和房屋的重建工程。 1968 年日本十胜冲地震以后， 发现采用钢-混凝土组合结构修建的房屋，其抗震性能良好，于是钢-混凝土组合结构在日本的高层与超高层中得到迅速发展。
我国对钢-混凝土组合结构的研究和应用起步较晚，具有代表性的三个行业标准是:国家经济贸易委员会颁布的中华人民共和国电力行业标准《钢-混凝土组合结构设计规程》（DL/T 5085-1999）； 国家冶金工业部颁布的行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》（YB 9082-97）；中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS 28:90）。 这三部规程的颁布标志着我国的钢-混凝土组合结构实际应用已进入一个崭新的时代。
3 组合结构的研究与工程应用
组合结构是一种很有发展前途的结构形式,有着诸多的优点,所以西方国家和日本等国在20世纪初即开始应用。比如1905年建成的日本田岬旧东京仓库,1918年建成的东京海上大厦,1921年设计建成的日本兴业银行,都是最早采用组合结构形式的一批建筑。进入20世纪80年代以来,随着我国经济的高速发展,高层建筑的数量增长显著,从而为组合结构, 特别是钢骨混凝土结构在我国的应用创造了条件。迄今为止,我国已有大量采用钢骨混凝土结构形式的建筑物遍布大江南北。
组合结构在工程实践中得到广泛的应用,既源于研究工作的丰富成果,同时也推进了国内外学者对组合结构的深入研究。型钢混凝土结构的计算理论,国际上主要有三种:欧美的计算理论采用的是钢结构的计算方法,考虑混凝土的作用,在试验的基础上将试验曲线进行修正,突出反映在组合结构柱的计算方法上。前苏联的计算理论是基于钢筋混凝土的计算方法,认型钢与混凝土是完全协同工作的。因此,前苏联的计算方法在某些方面偏于不安全。第三种是日本建立在叠加理论基础上的计算方法,认为型钢混凝土的承载能力是混凝土和型钢承载能力的叠加。三种方法中,日本采用的方法过于偏安全。我国在型钢混凝土结构方面的研究与应用起始于20世纪80年代。西安建筑科技大学和原冶金部建筑研究总院最早开始,继而西南交通大学、重庆建筑大学、同济大学、清华大学、中国建筑科学院等高等院校、科研单位也展开了广泛的研究。进入20世纪90年代,对型钢混凝土框架结构进行的动、静试验,深入研究了型钢混凝土框架的力学性能,并在上述研究的基础上,我国自己制定了一套比较完整的设计计算理论。
4 展望
钢和混凝土组合结构利用两种材料的优势,在实际工程中已取得较好的经济效益。但是由于建筑形式日益复杂化, 促使钢一混凝土组合结构在以下几方面研究工作的开展和深人,且有些成果已在实际工程运用:
(l)高强、高性能混凝土由于强度高,变形小、刚度大而可以减小截面尺寸,减轻结构自重,故而是结构的主流,但高强混凝土也存在延性差的弱点,在建筑工程中常因抗震性能得不到保证而使起应用受到限制侧。而型钢和钢管混凝土结构具有延性好的特点,能同时提高框架柱的强度和抗震性能,因此,钢骨高强混凝土在工程界应用前景广阔。
(2)随着建筑结构和桥梁结构向轻型、大跨、重载方向的发展,普通钢一混凝土组合结构有时已不能完全满足实际工程的需要。在这种情况下,采用预应力钢一混凝土组合结构是一种合理有效的结构方案。
(3)新的杂交结构形式的运用,例如中空钢管,钢骨一钢管混凝土结构等。
(4)在混凝土中加人钢钎维、玻璃钎维或聚丙烯钎维以提高混凝土的抗拉、抗弯、抗剪、抗冲切、耐磨性、耐疲劳性、抗爆性、抗裂性及抗震性性能等。
参考文献
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