摘要：本文介紹了型鋼混凝土的組成，通過與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的對比，突出了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)；并介紹了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的應(yīng)用與發(fā)展；分析了我國規(guī)范與前蘇聯(lián)、日本和歐美的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)；以及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)理論方面的研究，總結(jié)了該結(jié)構(gòu)形式的研究趨勢。

　　關(guān)鍵詞：型鋼混凝土結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)規(guī)程,粘結(jié)滑移

　　0引言

　　型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(SteelReinforcedConcreteStructure,簡稱SRC結(jié)構(gòu))又稱鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)或勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它是指在混凝土中主要配置型鋼、并配有一定縱向鋼筋和箍筋的結(jié)構(gòu)［１］。根據(jù)配鋼形式的不同，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)可以分為實(shí)腹式配鋼和空腹式配鋼兩大類。實(shí)腹式配鋼主要有工字鋼、槽鋼和H型鋼等，空腹式配鋼一般是由角鋼組成的空間桁架。在實(shí)腹式配鋼構(gòu)件中，為防止混凝土的局部剝落，加強(qiáng)對核心混凝土的約束作用，以及抵抗溫度、收縮等引起的應(yīng)力和變形，在外包混凝土中要配置箍筋和一定數(shù)量的縱向鋼筋。在空腹式配鋼的構(gòu)件中，可以不設(shè)縱向鋼筋與橫向箍筋。目前在抗震結(jié)構(gòu)中多采用實(shí)腹式配鋼型鋼混凝土構(gòu)件，常見的型鋼混凝土柱、梁構(gòu)件形式見圖1。

　　1型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

　　以型鋼和鋼筋混凝土組成的型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)來說，鋼筋混凝土為新的組成部分，對鋼筋混凝土來說，型鋼是新的組成部分。相對于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，型鋼與混凝土組成的結(jié)構(gòu)性能，既有量的改變又有質(zhì)的改變，既發(fā)揮了兩種結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，有克服了各自的缺點(diǎn)，具有如下的特點(diǎn)：

　　1.1相對于鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

　�。�1）外包鋼筋混凝土能夠承受拉、壓、彎、剪能力，并且能夠約束型鋼或鋼板，提高型鋼的抗屈曲能力，因而可以大大地節(jié)約鋼材，降低造價(jià)。

　�。�2）外包鋼筋混凝土部分兼有防火、耐久的作用，省去了鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)層，這對建筑的安全起到至關(guān)重要的作用。

　　（3）鋼結(jié)構(gòu)的抗水平力作用（一般為風(fēng)載及地震作用）的剛度較小，水平位移較大，不易滿足建筑物穩(wěn)定性和舒適度等要求，但型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)剛度大、容易滿足水平變位限值的要求。

　　1.2相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

　�。�1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土是脆性材料，在受力以后容易產(chǎn)生裂縫、破碎、剝落等現(xiàn)象。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受剪、受壓破壞都是脆性破壞，在地震時(shí)經(jīng)常發(fā)生，且震害嚴(yán)重。當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部加入型鋼以后，型鋼改變了其脆性破壞的性質(zhì)，剛度塑性變形的性質(zhì)在結(jié)構(gòu)中起主導(dǎo)作用，從根本上改善了構(gòu)件的抗震性能。

　�。�2）型鋼的材料強(qiáng)度遠(yuǎn)大于混凝土，在鋼筋混凝土截面中增加了型鋼，既可以滿足高層建筑高壓力高延性要求的前提下，減小構(gòu)件的截面，克服鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的胖柱問題，同時(shí)，由于型鋼沒有像混凝土那樣的受壓徐變問題，因此減少了長期受壓時(shí)的變形問題。

　　（3）鋼筋混凝土短柱多發(fā)生剪切破壞的震害，而型鋼混凝土中的型鋼腹板有效地承擔(dān)剪力作用，避免剪切破壞。

　�。�4）鋼筋混凝土柱震害常有柱端混凝土被壓碎剝落，鋼筋呈燈籠狀，失去承載力的現(xiàn)象發(fā)生。而在型鋼混凝土柱的柱端，型鋼外部的混凝土破壞，型鋼內(nèi)部混凝土受型鋼的約束，與型鋼共同工作仍能承載，使房屋在大震時(shí)壞而不倒。

　�。�5）在施工時(shí)，可以應(yīng)用型鋼鋼架承擔(dān)施工荷載，采用逆打法澆筑混凝土。

　　2國內(nèi)外型鋼混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范比較［3］

　　型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼與混凝土的粘結(jié)作用遠(yuǎn)小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用，由于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的粘結(jié)滑移作用直接影響構(gòu)件的承載能力、破壞形態(tài)、裂縫和變形計(jì)算等受力性能，故各國針對粘結(jié)滑移的不同考慮，指定的規(guī)范和規(guī)程也有所差異。

　　日本AIJ的型鋼混凝土規(guī)范中規(guī)定，對空腹式型鋼混凝土構(gòu)件按鋼筋混凝土的方法計(jì)算，而對實(shí)腹式型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在型鋼不發(fā)生局部屈曲的假定下，承載力計(jì)算采用強(qiáng)度疊加法。強(qiáng)度疊加法有兩種，一種是“簡單疊加法”，即在不考慮構(gòu)件軸向力的作用下將型鋼和鋼筋混凝土所承擔(dān)的彎矩相加；另外一種則是“一般疊加法”，即在考慮軸力的作用下將型鋼和混凝土分別承擔(dān)的彎矩疊加。第一種方法計(jì)算較簡單，但結(jié)果比較保守，后一種則計(jì)算困難，但是設(shè)計(jì)比較經(jīng)濟(jì)。

　　前蘇聯(lián)規(guī)范CHNJILI-21-75和CN3-78規(guī)定，型鋼與混凝土之間具有可靠的粘結(jié)力，把型鋼與混凝土視作一個(gè)整體，即認(rèn)為它們的變形是一致的，忽略了型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移，共同承擔(dān)外部作用，將型鋼離散化為鋼筋，完全套用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，計(jì)算結(jié)果偏于不安全。

　　歐美國家則以鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法為基礎(chǔ)，經(jīng)過試驗(yàn)與數(shù)值分析引入?yún)f(xié)調(diào)參數(shù)加以調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)公式。例如英國CPI10規(guī)范、美國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會（AISC）1986年荷載和抗力系數(shù)法（LRFD）設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定一樣就是以鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法為基礎(chǔ)，根據(jù)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)大量的試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)數(shù)值分析計(jì)算，引入一定的參數(shù)加以調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)公式。

　　我國建設(shè)部于2002年1月1日頒發(fā)實(shí)施的《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ138-2001）［4］，對型鋼混凝土框架梁正截面受彎承載力做了下列基本假定來進(jìn)行計(jì)算：（1）截面應(yīng)變保持平面；(2)不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度；（3）受壓邊緣混凝土極限壓應(yīng)變ɛcu取0.003，相應(yīng)的最大壓應(yīng)力取混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc受壓區(qū)應(yīng)力圖形簡化為等效的矩形應(yīng)力圖，其高度取按平截面假定所確定的中和軸高度乘以系數(shù)0.8，矩形應(yīng)力圖的應(yīng)力取為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；（4）型鋼腹板的應(yīng)力圖形為拉、壓梯形應(yīng)力圖形。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，簡化為等下哦矩形應(yīng)力圖形；（5）鋼筋應(yīng)力取等于鋼筋應(yīng)變與其彈性模量的乘積，但不大于其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣的極限拉應(yīng)變ɛsu取0.01。

　　通過以上規(guī)程相對比可以看出，日本規(guī)范中的簡單疊加法由于沒有考慮型鋼和混凝土之間的共同工作，得到的計(jì)算結(jié)果偏于保守；而前蘇聯(lián)規(guī)范則認(rèn)為型鋼與混凝土能夠成為一個(gè)整體且變形一致，共同承擔(dān)外部作用，這樣計(jì)算的承載力結(jié)果是偏大的。我國規(guī)范引入平截面假定后，對型鋼的承載力計(jì)算加以調(diào)整，計(jì)算的承載力既不保守也不偏大，居于日本和前蘇聯(lián)規(guī)程之間。

　　3結(jié)語

　　隨著社會的不斷發(fā)展，對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究越來越深，從初步的對型鋼混凝土梁、柱局部構(gòu)件實(shí)驗(yàn)研究到現(xiàn)在對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)整體模型、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的試驗(yàn)研究，以及在考慮型鋼與混凝土之間的粘結(jié)或設(shè)置剪切連接件的實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬，做一系列的研究就是為了能建立合理的強(qiáng)度、剛度、變形和裂縫開展的計(jì)算理論和分析方法。例如下面一些研究課題：西安建筑科技大學(xué)的博士研究生楊勇做的SRC粘結(jié)滑移性能的研究［5］；SRC結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞性能；SRC構(gòu)件的梁柱節(jié)點(diǎn)的研究；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的研究；型鋼混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的分析研究；型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)值試驗(yàn)?zāi)�擬與有限元分析等。通過對型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)研究，它在土木工程中的應(yīng)用與發(fā)展優(yōu)大于弊，可以解決工程中遇到的一些問題，像肥梁胖柱現(xiàn)象，它的使用應(yīng)該得到推廣。但在實(shí)際工程中，考慮到縱向鋼筋、箍筋、型鋼、混凝土之間的相互作用以及結(jié)構(gòu)所受的力比實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬的要復(fù)雜的多，所以，關(guān)于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算理論方面有待完善。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方面，大多簡化或省略了型鋼混凝土粘結(jié)滑移的影響作用，這和實(shí)際工程是有出入的，需要進(jìn)一步研究完善。

　　參考文獻(xiàn)

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