鋼-混凝土組合結構的發展現狀

倪康

吉林省德蘊電力勘察設計咨詢有限公司青島分公司 山東青島 266000

鋼-混凝土組合結構是在在構件層次上由鋼材和混凝土兩種不同性質的材料組合的一種新型結構形式。它充分發揮了混凝土抗壓性能好，鋼材抗拉強度高、塑性好的的優點，彌補了彼此各自的缺點，是一種合理的組合方式。

1 鋼-混凝土組合結構

1.1 異型鋼板和混凝土復合板

異型鋼板和混凝土復合板是通過在異型鋼板上澆筑混凝土，并依靠鋼板上的凹凸肋和不同的晶粒將鋼板和混凝土結合在一起而制成的復合板。它具有混凝土抗壓強度高和異型鋼板良好的拉伸性能的特點，從而使材料受到合理的應力作用并發揮各自的優勢[1]。

1.2 鋼筋混凝土組合梁

鋼混混凝土梁是將鋼筋混凝土板放置在鋼梁的上部，并通過剪力連接器將它們連接起來而形成的復合梁，從而使混凝土板和鋼梁結合在一起可以一起工作。在復合梁中，混凝土位于受壓區，而鋼梁主要位于受拉區。充分利用混凝土的抗壓強度和鋼的抗拉強度來發揮兩種材料的強度，并且由于混凝土是梁的凸緣的一部分，因此在很大程度上避免了混凝土的弱點。鋼梁結構容易出現整體和局部不穩定性。

1.3 組合柱結構

組合柱結構包括兩種類型的鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土柱。這兩種類型的復合柱使用的組合概念不同。鋼筋混凝土柱主要使用混凝土作為鋼柱的支撐，而鋼管混凝土同時利用鋼管對混凝土的側向約束作用來提高混凝土的強度和延展性。

（1）鋼筋混凝土柱。鋼筋混凝土是通過在混凝土中排列型鋼，然后添加鋼筋和箍筋而形成的。布置在鋼筋混凝土柱中的鋼型可以分為兩類：實心腹板和網格。前者具有更好的強度，剛度和延展性，遠遠優于后者。研究表明，在抗震過程中，它吸收的能量是空腹的兩倍。

（2）鋼管混凝土柱。鋼管混凝土是通過將混凝土倒入鋼管而形成的復合結構。它使用鋼管約束混凝土，將混凝土從單向壓縮更改為三向壓縮。混凝土的抗壓強度提高了一倍以上。混凝土可塑性的提高將脆性材料變成塑性材料，并提高了結構的可靠性。學位；另一方面，填充混凝土會延遲并避免鋼管過早局部屈曲[2]。

1.4 鋼混凝土組合框架

鋼和混凝土結合在一起形成框架結構。框架柱的結構形式為：鋼筋混凝土柱，鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土柱。框架梁包括鋼梁，鋼筋混凝土梁，鋼混凝土組合梁和鋼筋混凝土梁。

2 現場施工階段

2.1 型鋼梁柱安裝

鋼骨混凝土組合結構鋼柱與地基的連接方法一般分為埋入式和非埋入式。無論采用哪種方法，都應進行鋼柱的定位和仰角控制，并應設置臨時的插入柱定位措施，以防止柱的縱向鋼筋錯位。對于未埋入的地腳螺栓螺紋部分，應采取有效的防銹和防護措施。后續注漿應采取措施控制密度。它應該從柱根的一側倒入，直到從另一個方向溢出，并且明顯高于錨定板。嚴格禁止多方向灌漿。對于埋入式，應著重固定鋼柱以防止打滑。在上部鋼結構的安裝過程中，除了對鋼柱和鋼梁進行相應的高程和垂直度控制外，鋼結構的焊接接頭和高強度螺栓連接節點也是質量控制的關鍵。

2.2 加固約束

在完成上述設計的深化之后，鋼筋項目的重點是樣品返還應準確。另外，應考慮鋼筋的固定尺寸，并在應力較小的部位設置鋼筋的接合位置。梁柱節點的加固可以采用纏繞，磨損，焊接和機械連接的形式。梁柱鋼筋的接頭也可以焊接并機械連接。安裝順序應首先安裝并連接鋼筋和鋼結構的核心區域，然后是鋼筋本身。

2.3 模板工程

除上述施工順序外，還必須注意模板項目。由于梁和柱中間鋼的影響，螺紋螺釘不能用于加固。因此，對于橫截面較大的柱模板，可以采用法蘭焊接反拉螺釘的形式。另外，目前有一種加固方法，直接使用方形的圓形帶扣夾具，可以省去拉動螺絲的使用，但夾具的間距應控制。對于梁模板，通常可以預先在鋼梁腹板上開孔，或者在加工過程中將預拉伸螺釘預制在鋼梁上。對于開口和預制的螺絲間距，應計算混凝土在模板上的側向壓力。確認模板的安裝和加固[3]。

2.4 混凝土澆筑

由于鋼筋混凝土通常在梁柱節點處密集密實，并且鋼筋柱上有許多螺柱，因此應測試混凝土的配合比，坍落度必須符合要求。在澆注過程中，請密切注意振動并確保振動和壓實。此外，在振動鋼柱底部的預埋地腳螺栓時，應派專人跟蹤偏差并及時進行調整。

3 剪力鍵的發展

3.1 剪釘

剪切連接器出現在20世紀初期。1903年，朱利葉斯·卡恩（JuliusKahn）獲得了發明復合梁的美國專利。這種復合梁通過梁凸緣的向上彎曲而增加了鋼和混凝土之間的阻力。剪力鍵作為鋼-混凝土組合結構中的關鍵力傳遞部件，可以將鋼和混凝土的兩種不同特性連接成一個受力整體，發揮各自的優勢，并改善結構的機械性能。

3.2 PBL剪切鍵

PBL剪切鑰匙的原型出現在1980年代。德國斯圖加特大學的研究人員研究了剪力連接方法，該方法是將復合梁法蘭表面上的鋼梁層壓并焊接成方孔。

3.3 PBH剪切鍵

剪力連接器是鋼-混凝土復合結構的關鍵組成部分，將彈性模量差異較大的鋼結構和混凝土結構連接在一起，共同發揮作用，防止在界面處發生大的滑移和分離。在優化組合拱橋設計與施工的背景下，提出了一種鋼箱混凝土組合拱橋，并提出了一種基于PBL的新型剪力開孔加勁肋筋剪力聯合結構（簡稱）作為PBH）。

3.4 PCSS剪切鍵

在鋼混凝土組合梁中，普通剪力釘的螺柱垂直于鋼梁上凸緣的上表面焊接，或者螺柱平行于混凝土板布置，橋面和鋼結構通過現澆混凝土連接然而，現澆混凝土會使橋面板開裂并增加梁的撓度。為了克服混凝土收縮和蠕變引起的疾病，可以使用完全組裝的鋼混凝土組合梁。完全組裝的鋼混凝土組合梁不需要現澆混凝土，這可以縮短現場施工時間并促進橋梁組件的發展。

4 結語

組合結構以某種方式將各種材料或組件組合在一起，并且組合的總體工作性能明顯優于其各自性能的簡單疊加。經過數十年的研究和工程實踐，組合結構已經發展成為一種既不同于傳統結構形式，又與之密切相關和交叉的結構類型。其結構類型和應用范圍涵蓋結構工程應用的許多領域。