钢-混凝土组合结构的发展现状

倪康

吉林省德蕴电力勘察设计咨询有限公司青岛分公司 山东青岛 266000

钢-混凝土组合结构是在在构件层次上由钢材和混凝土两种不同性质的材料组合的一种新型结构形式。它充分发挥了混凝土抗压性能好，钢材抗拉强度高、塑性好的的优点，弥补了彼此各自的缺点，是一种合理的组合方式。

1 钢-混凝土组合结构

1.1 异型钢板和混凝土复合板

异型钢板和混凝土复合板是通过在异型钢板上浇筑混凝土，并依靠钢板上的凹凸肋和不同的晶粒将钢板和混凝土结合在一起而制成的复合板。它具有混凝土抗压强度高和异型钢板良好的拉伸性能的特点，从而使材料受到合理的应力作用并发挥各自的优势[1]。

1.2 钢筋混凝土组合梁

钢混混凝土梁是将钢筋混凝土板放置在钢梁的上部，并通过剪力连接器将它们连接起来而形成的复合梁，从而使混凝土板和钢梁结合在一起可以一起工作。在复合梁中，混凝土位于受压区，而钢梁主要位于受拉区。充分利用混凝土的抗压强度和钢的抗拉强度来发挥两种材料的强度，并且由于混凝土是梁的凸缘的一部分，因此在很大程度上避免了混凝土的弱点。钢梁结构容易出现整体和局部不稳定性。

1.3 组合柱结构

组合柱结构包括两种类型的钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱。这两种类型的复合柱使用的组合概念不同。钢筋混凝土柱主要使用混凝土作为钢柱的支撑，而钢管混凝土同时利用钢管对混凝土的侧向约束作用来提高混凝土的强度和延展性。

（1）钢筋混凝土柱。钢筋混凝土是通过在混凝土中排列型钢，然后添加钢筋和箍筋而形成的。布置在钢筋混凝土柱中的钢型可以分为两类：实心腹板和网格。前者具有更好的强度，刚度和延展性，远远优于后者。研究表明，在抗震过程中，它吸收的能量是空腹的两倍。

（2）钢管混凝土柱。钢管混凝土是通过将混凝土倒入钢管而形成的复合结构。它使用钢管约束混凝土，将混凝土从单向压缩更改为三向压缩。混凝土的抗压强度提高了一倍以上。混凝土可塑性的提高将脆性材料变成塑性材料，并提高了结构的可靠性。学位；另一方面，填充混凝土会延迟并避免钢管过早局部屈曲[2]。

1.4 钢混凝土组合框架

钢和混凝土结合在一起形成框架结构。框架柱的结构形式为：钢筋混凝土柱，钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱。框架梁包括钢梁，钢筋混凝土梁，钢混凝土组合梁和钢筋混凝土梁。

2 现场施工阶段

2.1 型钢梁柱安装

钢骨混凝土组合结构钢柱与地基的连接方法一般分为埋入式和非埋入式。无论采用哪种方法，都应进行钢柱的定位和仰角控制，并应设置临时的插入柱定位措施，以防止柱的纵向钢筋错位。对于未埋入的地脚螺栓螺纹部分，应采取有效的防锈和防护措施。后续注浆应采取措施控制密度。它应该从柱根的一侧倒入，直到从另一个方向溢出，并且明显高于锚定板。严格禁止多方向灌浆。对于埋入式，应着重固定钢柱以防止打滑。在上部钢结构的安装过程中，除了对钢柱和钢梁进行相应的高程和垂直度控制外，钢结构的焊接接头和高强度螺栓连接节点也是质量控制的关键。

2.2 加固约束

在完成上述设计的深化之后，钢筋项目的重点是样品返还应准确。另外，应考虑钢筋的固定尺寸，并在应力较小的部位设置钢筋的接合位置。梁柱节点的加固可以采用缠绕，磨损，焊接和机械连接的形式。梁柱钢筋的接头也可以焊接并机械连接。安装顺序应首先安装并连接钢筋和钢结构的核心区域，然后是钢筋本身。

2.3 模板工程

除上述施工顺序外，还必须注意模板项目。由于梁和柱中间钢的影响，螺纹螺钉不能用于加固。因此，对于横截面较大的柱模板，可以采用法兰焊接反拉螺钉的形式。另外，目前有一种加固方法，直接使用方形的圆形带扣夹具，可以省去拉动螺丝的使用，但夹具的间距应控制。对于梁模板，通常可以预先在钢梁腹板上开孔，或者在加工过程中将预拉伸螺钉预制在钢梁上。对于开口和预制的螺丝间距，应计算混凝土在模板上的侧向压力。确认模板的安装和加固[3]。

2.4 混凝土浇筑

由于钢筋混凝土通常在梁柱节点处密集密实，并且钢筋柱上有许多螺柱，因此应测试混凝土的配合比，坍落度必须符合要求。在浇注过程中，请密切注意振动并确保振动和压实。此外，在振动钢柱底部的预埋地脚螺栓时，应派专人跟踪偏差并及时进行调整。

3 剪力键的发展

3.1 剪钉

剪切连接器出现在20世纪初期。1903年，朱利叶斯·卡恩（JuliusKahn）获得了发明复合梁的美国专利。这种复合梁通过梁凸缘的向上弯曲而增加了钢和混凝土之间的阻力。剪力键作为钢-混凝土组合结构中的关键力传递部件，可以将钢和混凝土的两种不同特性连接成一个受力整体，发挥各自的优势，并改善结构的机械性能。

3.2 PBL剪切键

PBL剪切钥匙的原型出现在1980年代。德国斯图加特大学的研究人员研究了剪力连接方法，该方法是将复合梁法兰表面上的钢梁层压并焊接成方孔。

3.3 PBH剪切键

剪力连接器是钢-混凝土复合结构的关键组成部分，将弹性模量差异较大的钢结构和混凝土结构连接在一起，共同发挥作用，防止在界面处发生大的滑移和分离。在优化组合拱桥设计与施工的背景下，提出了一种钢箱混凝土组合拱桥，并提出了一种基于PBL的新型剪力开孔加劲肋筋剪力联合结构（简称）作为PBH）。

3.4 PCSS剪切键

在钢混凝土组合梁中，普通剪力钉的螺柱垂直于钢梁上凸缘的上表面焊接，或者螺柱平行于混凝土板布置，桥面和钢结构通过现浇混凝土连接然而，现浇混凝土会使桥面板开裂并增加梁的挠度。为了克服混凝土收缩和蠕变引起的疾病，可以使用完全组装的钢混凝土组合梁。完全组装的钢混凝土组合梁不需要现浇混凝土，这可以缩短现场施工时间并促进桥梁组件的发展。

4 结语

组合结构以某种方式将各种材料或组件组合在一起，并且组合的总体工作性能明显优于其各自性能的简单叠加。经过数十年的研究和工程实践，组合结构已经发展成为一种既不同于传统结构形式，又与之密切相关和交叉的结构类型。其结构类型和应用范围涵盖结构工程应用的许多领域。