淺談鋼與混凝土組合結構的發展與前景

劉曉星　彭丹

[摘要]：鋼與混凝土組合結構是在鋼結構和鋼筋混凝土結構基礎上，逐步發展而來的一新型結構，很大程度上利用了鋼結構和混凝土結構各自的優勢。鋼與混凝土組合結構在建筑工程、地下建筑、橋梁工程、港口工程等工程應用領域得到重視，并穩步向前發展。高強度材料不斷被研發，以后還將出現新的組合結構。就目前土木工程行業來說，從經濟、實用、與造價的角度來看，型鋼與混凝土之間協調工作在建筑業很有市場，具有廣闊的應用前景。

[關鍵字]：組合結構、工程應用領域、型鋼

1、組合結構概述

鋼與混凝土組合結構是一種新型的結構形式，這種結構充分利用了鋼材與混凝土這兩種材料的物理力學性能，鋼材擁有較好的抗拉強度和延性，且混凝土抗壓強度大、剛度大[1]。組合在一塊，不僅在提高了鋼材的整體屈曲和局部屈曲性能，而且具有良好的強度、剛度、延性以及良好的抗震性。目前國內外常用的組合結構有：組合梁、組合板、型鋼混凝土結構、鋼管混凝土等結構。

2、組合結構常見的形式與分類

組合梁的特點，組合梁首先從截面組成上充分發揮了型鋼與混凝土材料各自的特長，與鋼筋混凝土梁相比，還有以下優點：能節約鋼材，由于截面材料受力合理；減小截面高度，由于相當寬的混凝土板參與抗壓，組合梁的慣性矩比鋼梁的大得多；延性好，由于耗能能力強，整體穩定性又好；剛度好，混凝土板與鋼梁共同工作，抗彎模量增大，致使撓度減小，剛度增大；抗沖擊、抗疲勞性能好。 組合板的特點：壓型鋼板可作為混凝土的受拉加強部分[2]；壓型鋼板相當平整，可直接作為混凝土樓層的頂棚，省工省料；由壓型鋼板作為其永久性的模板，不再需要安裝、拆模，方便施工，使施工進度加快等。組合柱的特點：組合柱尤其是鋼管混凝土組合柱中的混凝土，具有良好的承壓性能，可以較大幅度地減少鋼材的用量，組合柱的承載能力普遍較高，自重輕，變形能力強，耐疲勞，抗沖擊性能好。

3、組合結構的發展

鋼與混凝土組合結構最早源于十九世紀美國，最早是出于防火的需求，因為鋼材料防火性能差，遇火后，強度會快速下降。在鋼梁外面包上了混凝土，但并未考慮混凝土與鋼的共同受力[3] 。二十世紀二十年代，出現了鋼與混凝土組合梁。直到二十世紀三十年代末期開始已逐步采用抗剪連接件，而外包的混凝土，也逐步過濾到把混凝土翼板放到鋼梁翼板之上，這樣不但提高了梁的剛度，而且整體性更好。后來到六十年代，出現了鋼管混凝土結構。它的優勢性逐漸使組合結構得到推廣與應用，在相關研究工作基礎上，各國也制定了多部有關組合結構的設計規范。例如說歐洲標準委員會于一九九四年頒布了歐洲規范四，這是目前世界上關于鋼與混凝土組合結構最完整的設計規范。

我國對組合結構的研究相對較晚，起步于二十世紀七十年代末，開始研究組合梁。八十年代初，鄭州工學院對兩根采用槽鋼作為抗剪連接件的鋼-混凝土簡支梁進行試驗。一九八四年，哈爾濱建筑工程學院對采用彎筋抗剪連接件的組合梁進行了試驗研究和理論分析。八十年代后期開始，清華大學、天津大學等一些科研單位開始對組合梁進行了大量試驗，試驗后，并進行了系統的分析。組合結構在我國雖起步較晚，但是早在十十世紀五十年代，武漢長江大橋、衡陽湘江橋面就采用了組合梁的構造方式。相應的，我國在組合結構研究的基礎上，也頒布了一些相關的規范。一九九八年，我國《鋼結構設計規范》首次列出了“鋼與混凝土組合梁”的內容，意味著鋼與混凝土組合梁在我國的應用開始受到廣泛的重視。二十世紀初，頒布實施的《鋼結構設計規范》，里面不僅有組合梁的內容，在原有的基礎上進一步充實，增加了有關疊合板、連續組合梁的內容，吸收了我國近年來在鋼與混凝土組合梁研究和應用領域的最新成果。

4、組合結構的發展前景

組合結構在國內的發展，經過幾十年的探索與研究 ，鋼與混凝土組合結構在高層建筑、超高層建筑、大跨結構結構、高聳結構等很多領域內得到了推廣應用。組合結構正由單個構件層次向結構體系發展。組合結構體系是由組合梁 、組合樓板 、等組合承重構件共同承擔結構荷載的體系 ，可以充分發揮多種材料的優良的力學性能 ，并克服不同材料的缺點。隨著業主對建筑使用功能要求的提高，組合結構越來越來適應建筑市場。隨著設計分析方法的改進，會涌現更多的組合結構，鋼與混凝土組合梁 、鋼管混凝土柱的研究和應用都日趨成熟[4]。在新材料的應用方面，組合結構中采用纖維增強材料、高強度鋼材等可以進一步降低鋼材用量。采用密實高性能混凝土，不僅可以省略混凝土振搗工序 ，降低混凝土施工強度和費用 ，而且可以減輕城市噪聲污染 。組合結構應用領域正在不斷擴大，它的研究將慢慢向地下工程 、隧道工程 、礦山工程等建設與加固領域推進與發展。

5、結束語

最近幾年，組合結構在我國應用越來越普遍，實驗研究與理論研究也在不斷發展。在我國有著更廣闊的應用前景。組合結構是繼混凝土結構、鋼結構之后的主要結構形式，對于組合結構的研究不僅是實驗與理論研究，更多的是投入實踐，不斷深入，也需要施工工藝的不斷提高。

參考文獻

[1]薛建陽，鋼與混凝土組合結構[M]，華中科技大學出版社；

[2] 王 越，淺談鋼與混凝土組合結構設計[J] . 山西建筑 ；

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

[5] 武 巖 ，劉廣杰 .鋼-混凝土組合結構的發展與應用[J] .山西建筑 。