第四章钢与混凝土组合梁 4.1概述 组合梁即在钢梁上铺设混凝土板,可用于楼盖、屋盖、也可用于工业 建筑中的操作平台,在桥梁工程的路面中同样有广泛应用。 组合梁主要用于跨度大、荷载大,或者整体承重结构为钢结构的厂房 高层建筑或桥梁结构等。 对于一般使用钢梁混凝土板的结构中,混凝土板只是作为楼面、屋面 、平台板或桥面。对钢梁来说混凝土板只是其荷载(图4.1)。如果使 两者结合在一起,混凝土板与钢梁共同工作,则混凝土板可作为梁的翼 缘而成为梁的一部分,发挥比钢梁更大的作用,无论强度和刚度都大大 一提高了(图42)。 两者的组合作用是靠焊在钢梁上,浇筑在混凝土板中的剪切连接件来实 现的。剪切连接件的种类与计算如第一章所述。钢梁可以用轧制型钢或 焊接型钢,例如工字钢、槽钢。槽钢经常用作楼盖、平台或阳台的边梁 (见图4.3),可以获得平整的外表面
第四章 钢与混凝土组合梁 4.1概述 组合梁即在钢梁上铺设混凝土板，可用于楼盖、屋盖、也可用于工业 建筑中的操作平台，在桥梁工程的路面中同样有广泛应用。 组合梁主要用于跨度大、荷载大，或者整体承重结构为钢结构的厂房 、高层建筑或桥梁结构等。 对于一般使用钢梁混凝土板的结构中，混凝土板只是作为楼面、屋面 、平台板或桥面。对钢梁来说混凝土板只是其荷载（图4.1）。如果使 两者结合在一起，混凝土板与钢梁共同工作，则混凝土板可作为梁的翼 缘而成为梁的一部分，发挥比钢梁更大的作用，无论强度和刚度都大大 提高了（图4.2） 。 两者的组合作用是靠焊在钢梁上，浇筑在混凝土板中的剪切连接件来实 现的。剪切连接件的种类与计算如第一章所述。钢梁可以用轧制型钢或 焊接型钢，例如工字钢、槽钢。槽钢经常用作楼盖、平台或阳台的边梁 （见图4.3），可以获得平整的外表面
图41非组合梁截面应力 图4.2组合梁截面应力
图4.1 非组合梁截面应力 图4.2 组合梁截面应力
工图4.3用槽钢制作的组合梁边梁 d 图4.4工字形及蜂窝形钢梁
图4.3 用槽钢制作的组合梁边梁 图4.4 工字形及蜂窝形钢梁
工字钢处于梁的受拉区,主要是下翼缘起受力作用,上翼缘处于 中和轴附近,不能发挥主要受力作用,而主要是起与混凝土板的 连接作用,因而往往应用上翼缘小下翼缘大的不对称工字钢。不 对称工字钢的制作一般有如下三种焊接方式(如图44ab.c) a.三块钢板;b.T字钢与钢板 c,二个大小不同T字钢对接;d蜂窝形钢梁。 此外,还有蜂窝形梁(图44d)。因为钢梁中央腹板受力很小 ,形成蜂窝状孔之后便于管线穿过 混凝土板可以是普通钢筋混凝土板,也可以是轻骨料混凝土、 预应力混凝土及压型钢板与混凝土组合板。 钢筋混凝土板与钢梁连接处,一般设置板托 板托一般有如下作用:
工字钢处于梁的受拉区，主要是下翼缘起受力作用，上翼缘处于 中和轴附近，不能发挥主要受力作用，而主要是起与混凝土板的 连接作用，因而往往应用上翼缘小下翼缘大的不对称工字钢。不 对称工字钢的制作一般有如下三种焊接方式（如图4.4a.b.c）： a.三块钢板；b.T字钢与钢板； c.二个大小不同T字钢对接；d.蜂窝形钢梁。 此外，还有蜂窝形梁（图4.4d）。因为钢梁中央腹板受力很小 ，形成蜂窝状孔之后便于管线穿过。 混凝土板可以是普通钢筋混凝土板，也可以是轻骨料混凝土、 预应力混凝土及压型钢板与混凝土组合板。 钢筋混凝土板与钢梁连接处，一般设置板托。 板托一般有如下作用：
1)扩大梁与板的承压面积,防止混凝土板局部承压破坏; 2)提髙了板在支承处(梁)的截面高度,因而提高了板的抗冲切能力 3)使组合梁的截面高度增大,因此承载能力与刚度大大提高。 因此在可能情况下应尽量设置板托,如图45所示。 - rta 图4.5有板托的组合梁
1）扩大梁与板的承压面积，防止混凝土板局部承压破坏； 2）提高了板在支承处（梁）的截面高度，因而提高了板的抗冲切能力； 3)使组合梁的截面高度增大，因此承载能力与刚度大大提高。 因此在可能情况下应尽量设置板托，如图4.5所示。 图4.5 有板托的组合梁
如前述组合梁的组合作用主要是依靠剪切连接件,根据剪力件的配置 少分两类: 1)完全剪切连接:即在极限弯矩作用下所产生的纵向剪力,完全由 所配剪力件承担 2)部分剪切连接:剪力件所承担的总剪力小于极限弯矩下产生的纵 向剪力。 部分剪切连接组合梁适用于下列三种情况: 1)组合梁上各截面的弯矩达不到其极限弯矩的情况。组合梁的截面 高度与钢梁的板件厚度不取决于截面所需的抗弯强度,而是主要取决于 截面刚度或板件的局部稳定。 2)组合梁中最大正弯矩截面达到受弯承载能力时,达不到极限弯矩 的某些区段。 3)当剪切连接件的设置受构造等原因,不能按完全剪切连接设计时。 目前部分剪切连接组合梁的计算方法仅适用于跨度不超过20米,以承 受静力荷载为主、且没有太大集中荷载的等截面梁,采用柔性连接件
如前述组合梁的组合作用主要是依靠剪切连接件，根据剪力件的配置 多少分两类： 1）完全剪切连接：即在极限弯矩作用下所产生的纵向剪力，完全由 所配剪力件承担。 2）部分剪切连接：剪力件所承担的总剪力小于极限弯矩下产生的纵 向剪力。 部分剪切连接组合梁适用于下列三种情况： 1）组合梁上各截面的弯矩达不到其极限弯矩的情况。组合梁的截面 高度与钢梁的板件厚度不取决于截面所需的抗弯强度，而是主要取决于 截面刚度或板件的局部稳定。 2）组合梁中最大正弯矩截面达到受弯承载能力时，达不到极限弯矩 的某些区段。 3）当剪切连接件的设置受构造等原因，不能按完全剪切连接设计时。 目前部分剪切连接组合梁的计算方法仅适用于跨度不超过20米，以承 受静力荷载为主、且没有太大集中荷载的等截面梁，采用柔性连接件
42组合梁的试验研究 1.受力过程 弹性、弹塑性和屈服三阶段(图46和图47)。 2.截面的平均应变 型钢受拉翼缘屈服之前,平均应变符合平截面假定。如果配 置足够的剪切连接件,在极限荷载时,仍基本符合平截面假 定(图48)。 a)板顶面裂缝 围① 图47 图4.8
4.2 组合梁的试验研究 1. 受力过程 弹性、弹塑性和屈服三阶段（图4.6和图4.7 ）。 2. 截面的平均应变 型钢受拉翼缘屈服之前，平均应变符合平截面假定。如果配 置足够的剪切连接件，在极限荷载时，仍基本符合平截面假 定（图4.8 ） 。 图4.6 图4.7 图4.8
3.混凝土板与钢梁的水平滑移(图49) 由跨中向梁端部逐渐增大;随荷载的增加而逐渐增大。 4混凝土板与钢梁的掀起位移(图4.10) 在跨中最小,远离跨中,向上的掀起位移越大。 水平滑移/mm 掀起位移/mm 0.3 260kN sa -/ 260KN 240kN 0. 多280N 爻 测点 91011213 计妈3 图49水平滑移 图410掀起位移
3. 混凝土板与钢梁的水平滑移（图4.9） 由跨中向梁端部逐渐增大；随荷载的增加而逐渐增大。 4.混凝土板与钢梁的掀起位移（图4.10） 在跨中最小，远离跨中，向上的掀起位移越大。 图4.9 水平滑移 图4.10 掀起位移
4.3组合梁截面的承载力计算 1.概述 两种计算理论:弹性理论、塑性理论 1)弹性理论: 直接承受动力荷载; 钢梁的受压板件宽厚比较大、不符合塑性 设计条件且组合截面中和轴在钢梁腹板内 通过 2)塑性理论 不直接承受动力荷载; 受压板件宽厚比较小; 组合截面中和轴在混凝土板内通过或板托 内通过
4.3 组合梁截面的承载力计算 1. 概述 两种计算理论：弹性理论、塑性理论 1）弹性理论： ▪ 直接承受动力荷载； ▪ 钢梁的受压板件宽厚比较大、不符合塑性 设计条件且组合截面中和轴在钢梁腹板内 通过 2）塑性理论 ▪ 不直接承受动力荷载； ▪ 受压板件宽厚比较小； ▪ 组合截面中和轴在混凝土板内通过或板托 内通过
组合梁的受力状态与施工条件有关,因此不论按弹性理论还是塑性理论计 算,一般都需考虑混凝土硬化前和硬化后两个受力阶段,以及施工时钢梁 下有、无临时支撑等情况。如果在钢梁下不设临时支撑,则应按下面两个 受力阶段进行计算。 第一阶段:楼板混凝土的强度达到设计强度75%之前的阶段。这时荷载应 包括钢梁自重和现浇混凝土的重量等永久荷载,以及模板重和其它施工活 荷载。这些荷载全部由钢梁单独承受,按一般钢梁计算其强度、挠度和稳 定性 第二阶段:楼板混凝土达到设计强度75%之后的阶段。此时荷载应包括增 加的结构层及构造层(如防水层、饰面层、找平层、吊顶)等永久荷载以 及使用阶段活荷载,这些续加荷载全部由组合梁承受。在验算组合梁的挠 度以及按弹性分析方法计算组合梁的承载力时,应将第一阶段由永久荷载 产生的挠度或应力与第二阶段计算所得的挠度或应力相叠加。在第二阶段 计算中,可不考虑钢梁的整体稳定性。而组合梁按塑性分析法计算承载力 时,则不必考虑应力叠加,可不分阶段按照组合梁一次承受全部荷载进行 计算。 如果钢梁下设有临时支撑,则应按实际支承情况验算钢梁的强度、稳定 性和挠度,并且在计算使用阶段组合梁承受的续加荷载产生的变形时,应 把临时支承点反力(由永久荷载产生的)反向作为续加荷载。如果组合梁 的设计是变形控制时,可考虑将钢梁预先起拱等措施。不论是按弹性分析 还是塑性分析法,有无临时支撑对组合梁的受弯极限承载力均无影响,故 在计算受弯承载力时,可不分阶段,按照组合梁一次承受全部荷载进行计
▪ 组合梁的受力状态与施工条件有关，因此不论按弹性理论还是塑性理论计 算，一般都需考虑混凝土硬化前和硬化后两个受力阶段，以及施工时钢梁 下有、无临时支撑等情况。如果在钢梁下不设临时支撑，则应按下面两个 受力阶段进行计算。 ▪ 第一阶段：楼板混凝土的强度达到设计强度75%之前的阶段。这时荷载应 包括钢梁自重和现浇混凝土的重量等永久荷载，以及模板重和其它施工活 荷载。这些荷载全部由钢梁单独承受，按一般钢梁计算其强度、挠度和稳 定性。 ▪ 第二阶段：楼板混凝土达到设计强度75%之后的阶段。此时荷载应包括增 加的结构层及构造层（如防水层、饰面层、找平层、吊顶）等永久荷载以 及使用阶段活荷载，这些续加荷载全部由组合梁承受。在验算组合梁的挠 度以及按弹性分析方法计算组合梁的承载力时，应将第一阶段由永久荷载 产生的挠度或应力与第二阶段计算所得的挠度或应力相叠加。在第二阶段 计算中，可不考虑钢梁的整体稳定性。而组合梁按塑性分析法计算承载力 时，则不必考虑应力叠加，可不分阶段按照组合梁一次承受全部荷载进行 计算。 ▪ 如果钢梁下设有临时支撑，则应按实际支承情况验算钢梁的强度、稳定 性和挠度，并且在计算使用阶段组合梁承受的续加荷载产生的变形时，应 把临时支承点反力（由永久荷载产生的）反向作为续加荷载。如果组合梁 的设计是变形控制时，可考虑将钢梁预先起拱等措施。不论是按弹性分析 还是塑性分析法，有无临时支撑对组合梁的受弯极限承载力均无影响，故 在计算受弯承载力时，可不分阶段，按照组合梁一次承受全部荷载进行计 算