浅谈钢与混凝土组合结构的发展与前景

刘晓星　彭丹

[摘要]：钢与混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上，逐步发展而来的一新型结构，很大程度上利用了钢结构和混凝土结构各自的优势。钢与混凝土组合结构在建筑工程、地下建筑、桥梁工程、港口工程等工程应用领域得到重视，并稳步向前发展。高强度材料不断被研发，以后还将出现新的组合结构。就目前土木工程行业来说，从经济、实用、与造价的角度来看，型钢与混凝土之间协调工作在建筑业很有市场，具有广阔的应用前景。

[关键字]：组合结构、工程应用领域、型钢

1、组合结构概述

钢与混凝土组合结构是一种新型的结构形式，这种结构充分利用了钢材与混凝土这两种材料的物理力学性能，钢材拥有较好的抗拉强度和延性，且混凝土抗压强度大、刚度大[1]。组合在一块，不仅在提高了钢材的整体屈曲和局部屈曲性能，而且具有良好的强度、刚度、延性以及良好的抗震性。目前国内外常用的组合结构有：组合梁、组合板、型钢混凝土结构、钢管混凝土等结构。

2、组合结构常见的形式与分类

组合梁的特点，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：能节约钢材，由于截面材料受力合理；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；延性好，由于耗能能力强，整体稳定性又好；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；抗冲击、抗疲劳性能好。 组合板的特点：压型钢板可作为混凝土的受拉加强部分[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；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，使施工进度加快等。组合柱的特点：组合柱尤其是钢管混凝土组合柱中的混凝土，具有良好的承压性能，可以较大幅度地减少钢材的用量，组合柱的承载能力普遍较高，自重轻，变形能力强，耐疲劳，抗冲击性能好。

3、组合结构的发展

钢与混凝土组合结构最早源于十九世纪美国，最早是出于防火的需求，因为钢材料防火性能差，遇火后，强度会快速下降。在钢梁外面包上了混凝土，但并未考虑混凝土与钢的共同受力[3] 。二十世纪二十年代，出现了钢与混凝土组合梁。直到二十世纪三十年代末期开始已逐步采用抗剪连接件，而外包的混凝土，也逐步过滤到把混凝土翼板放到钢梁翼板之上，这样不但提高了梁的刚度，而且整体性更好。后来到六十年代，出现了钢管混凝土结构。它的优势性逐渐使组合结构得到推广与应用，在相关研究工作基础上，各国也制定了多部有关组合结构的设计规范。例如说欧洲标准委员会于一九九四年颁布了欧洲规范四，这是目前世界上关于钢与混凝土组合结构最完整的设计规范。

我国对组合结构的研究相对较晚，起步于二十世纪七十年代末，开始研究组合梁。八十年代初，郑州工学院对两根采用槽钢作为抗剪连接件的钢-混凝土简支梁进行试验。一九八四年，哈尔滨建筑工程学院对采用弯筋抗剪连接件的组合梁进行了试验研究和理论分析。八十年代后期开始，清华大学、天津大学等一些科研单位开始对组合梁进行了大量试验，试验后，并进行了系统的分析。组合结构在我国虽起步较晚，但是早在十十世纪五十年代，武汉长江大桥、衡阳湘江桥面就采用了组合梁的构造方式。相应的，我国在组合结构研究的基础上，也颁布了一些相关的规范。一九九八年，我國《钢结构设计规范》首次列出了“钢与混凝土组合梁”的内容，意味着钢与混凝土组合梁在我国的应用开始受到广泛的重视。二十世纪初，颁布实施的《钢结构设计规范》，里面不仅有组合梁的内容，在原有的基础上进一步充实，增加了有关叠合板、连续组合梁的内容，吸收了我国近年来在钢与混凝土组合梁研究和应用领域的最新成果。

4、组合结构的发展前景

组合结构在国内的发展，经过几十年的探索与研究 ，钢与混凝土组合结构在高层建筑、超高层建筑、大跨结构结构、高耸结构等很多领域内得到了推广应用。组合结构正由单个构件层次向结构体系发展。组合结构体系是由组合梁 、组合楼板 、等组合承重构件共同承担结构荷载的体系 ，可以充分发挥多种材料的优良的力学性能 ，并克服不同材料的缺点。随着业主对建筑使用功能要求的提高，组合结构越来越来适应建筑市场。随着设计分析方法的改进，会涌现更多的组合结构，钢与混凝土组合梁 、钢管混凝土柱的研究和应用都日趋成熟[4]。在新材料的应用方面，组合结构中采用纤维增强材料、高强度钢材等可以进一步降低钢材用量。采用密实高性能混凝土，不仅可以省略混凝土振捣工序 ，降低混凝土施工强度和费用 ，而且可以减轻城市噪声污染 。组合结构应用领域正在不断扩大，它的研究将慢慢向地下工程 、隧道工程 、矿山工程等建设与加固领域推进与发展。

5、结束语

最近几年，组合结构在我国应用越来越普遍，实验研究与理论研究也在不断发展。在我国有着更广阔的应用前景。组合结构是继混凝土结构、钢结构之后的主要结构形式，对于组合结构的研究不仅是实验与理论研究，更多的是投入实践，不断深入，也需要施工工艺的不断提高。

参考文献

[1]薛建阳，钢与混凝土组合结构[M]，华中科技大学出版社；

[2] 王 越，浅谈钢与混凝土组合结构设计[J] . 山西建筑 ；

[3] Bleich，F，：Buckling Strength Theo—rise and Berechnung Von Blechen；

[5] 武 岩 ，刘广杰 .钢-混凝土组合结构的发展与应用[J] .山西建筑 。