杜惠
(重庆交通大学 土木工程学院，重庆400074)
摘要：钢-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结构，以其自身轻量化、强度大、抗震性能强等优点，得以迅速发展，应用日愈广泛。本文主要介绍了组合结构的发展历史，钢-混凝土组合构件和钢-混凝土组合结构体系抗震性能的研究现状，并提出对组合结构未来发展趋势的展望。
关键词：钢—混凝土组合结构；抗震性能；研究现状；发展趋势
一、引言
根据使用材料的不同，结构体系分为砌体结构、木结构，钢结构、混凝土结构和钢-混凝土结构等。钢-混凝土结构属于组合结构，通常是指钢结构及钢筋混凝土结构通过某种方式组合在一起共同工作的一种形式。两种结构材料组合后的整体工作性能要明显优于两者性能的简单叠加。钢结构重量轻、强度高、延性好、施工速度快、工厂制作质量高，而混凝土结构材料成本低、刚度大、抗火及抗腐蚀性能好。组合结构综合利用了这两种结构的优点，使其综合性能得到了进一步的提升。经过几十年的研究及工程实践，钢混凝土组合结构已经发展成为既区别于传统的钢筋混凝土结构和钢结构，又与之密切相关和交叉的一类结构形式，其结构类型和适用范围涵盖了结构工程应用的各个领域，并已成功应用于许多超高层建筑及大跨度桥梁。
二、组合结构的发展
20世纪20年代，考虑钢和混凝土共同承受荷载，使这种组合具有现代意义的钢混组合梁设计出现。1908年，外包混凝土的钢柱试验首次在美国哥伦比亚大学进行，这次试验以及往后的一系列研究试验都证明柱的承载能力在混凝土和钢的共同受力下存在明显的提高。钢管混凝土结构，在钢管内填充了混凝土的结构在20世纪60年代末出现。这一结构比外包混凝土结构又多利用了两种材料之间的相互约束作用，性能显著增强。
我国在组合结构方面的研究与应用始于20世纪80年代。西安建筑科技大学与原冶金部建筑研究总院最早开始进行组合结构的研究,继而有多个高等院校、科研单位也展开了广泛的研究。西安建筑科技大学系统地研究了各种配钢方式的型钢混凝土梁、柱、节点等各种构件的基本性能。于20世纪90年代进行了钢管混凝土框架结构的模拟地震动态试验、拟动力试验,应用结构的静动力特性与分析方法,在我国自己的试验研究基础上制订了一套完整的设计计算理论。1989年曾提出了《型钢混凝土结构的设计建议》,1997年原冶金工业部主要参考日本规程,编制并颁发了行业标准《钢筋混凝土设计规程》。20世纪80年代中期,我国开始引进与研究组合楼盖这种结构形式,由于这种结构省去了大量木材与人力,而且大大加快了施工进度,很快受到了许多建设者的欢迎。较早采用这种结构作为楼板的典型建筑有上海锦江饭店、静安饭店、深圳发展中心、北京香格里拉饭店等,高层建筑采用组合楼盖的工业厂房有沈阳海热电厂等。
三、研究现状
（一）钢-混凝土组合构件
钢-混凝土组合构件是目前应用最广泛、研究最成熟的组合结构形式，包括钢-混凝土组合柱、钢-混凝土组合梁、钢-混凝土组合楼板和钢-混凝土组合剪力墙等。
组合柱包括钢管混凝土柱和型钢混凝土柱两类。这两类组合柱所利用的组合概念有所不同。型钢混凝土柱主要利用混凝上对钢柱的支持，而钢管混凝土则同时利用了钢管对混凝土的横向约束作用提高了后者的强度和延性。钢管混凝土由于能够同时提高钢材和混凝土的性能并方便施工而成为研究和应用的热点。其中方钢管混凝土相对圆钢管混凝土的截面惯性矩更大，因此在弯压作用下具有更好的性能。同时，这种截面形式制作比较简单，节点处连接构造易于处理，因而在国外应用较多，在我国的应用也呈上升趋势。
组合梁是一类重要的横向承重组合构件.采用不同的结构材料井通过不同的组合方式，可以形成多种多样的组合梁,早期的组合梁将钢梁包裹在混凝土内(型钢混凝土梁)，自重较大，并难以控制裂缝宽度。将钢梁与混凝土翼板组合在一起的组合梁，减轻了自重，并避免了混凝土开裂等问题。除了工字形截面钢梁之外，采用箱形钢梁与混凝土翼板组合所形成的闭口截面组合梁，具有更大的承载力和刚度，并具有很强的抗扭性能，可应用于高层建筑中的转换梁和加强层等对结构强度和刚度有较高要求的部位。此外，抗剪连接件是保证钢与混凝土形成组合作用共同工作的关键元件。自20世纪80年代以后，随着栓钉焊接设备国产化的成功，栓钉成为国内研究及应用的主要抗剪连接件形式。
（二）钢-混凝土组合结构体系抗震性能研究
钟善桐，张文福等对4个钢梁－圆钢管混凝土柱单层单跨框架进行了恒定轴力和水平往复荷载共同作用下的试验研究。结果表明，试件的侧向力和位移的滞回环很饱满，刚度退化缓慢，表现出很大的延性和很高的耗能能力。李斌等进行了工字梁－单层单跨圆钢管混凝土柱平面框架的试验研究，实测结果表明，钢管混凝土框架具有良好的变形能力，曲线形状饱满，无捏拢现象，基本无刚度、强度退化现象。王来、王铁成等设计了一榀2跨3层钢梁－方钢管混凝土柱框架模型，通过拟静力试验研究了框架在低周反复水平荷载作用下的滞回性能，并进一步探讨了承载力、延性、耗能及变形能力、刚度退化和破坏机制等性能。
在我国，随着社会经济的发展，为满足建筑的要求，组合结构体系日趋多样化，建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂，这就给高层建筑结构分析和设计提出了更高的要求。国内还没有出台有关高层钢－混凝土组合结构的抗震设计规程或规范，对其抗震性能研究也尚不够充分与完善。
四、组合结构的展望
随着各类结构使用功能要求的提高、设计计算手段的进步以及新材料、施工新技术的应用，组合结构的发展表现出以下几个特征:
（一）由组合构件向组合结构体系方向发展。现有的研究和规范多侧重于梁、柱等组合构件，以满足工程设计的基本需求为目标，而尚未形成完善的理论体系和系统的设计方法。
（二）型钢-混凝土组合结构及高强混凝土组合结构的新发展。对于型钢混凝土结构，采用轻质混凝土可以减少结构自重，降低基础造价，还可降低地震作用。因此，有必要进行轻型钢混凝土结构和构件性能研究
（三）预应力技术在组合结构中的发展。预应力的作用不仅仅增加其抗裂度，减少挠度变形，而且可起调节结构杆件的内力分配、增加刚度和稳定性等作用。因此，预应力钢管混凝土结构将是现代结构发展的重要方向。
五、总结
钢-混凝土组合结构作为新型组合结构，凭借其兼有钢结构和混凝土结构的优点，在现代工程建设中应用广泛，它能适应现代桥梁工程向更大跨度发展的需求，符合现代化施工技术的工业化要求。随着理论研究的的深入和完善，新型施工工艺的产生和高性能材料的应用，钢-混凝土组合结构的良好受力性能和综合经济效益将展示其美好的应用前景，在未来的工程结构中必将越来越受重视，在未来的工程结构建设中占据更重要的地位。
参考文献：
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作者简介：杜惠（1995-），女，汉族，四川成都人，重庆交通大学硕士研究生在读，研究方向：结构抗震