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新型钢砼组合结构构件的研究与应用钢管砼柱钢筋砼梁、钢骨砼柱钢筋砼梁、钢筋砼柱钢与砼组合梁等组成框架,用钢管砼柱钢筋砼无梁楼盖组成板柱结构,还有钢骨砼桁架转换层结构等,从而形成以钢砼组合构件为主要承重构件的新型结构体系,在此,称其为“新型钢砼组合结构”.空腹桁架2在高层建筑中采用“新型钢砼组合结构”,最主要的问题是不同构件间的连接问题,包括接方式、传力机理、抗震性能、构造措施、以及施工方法等一.开小孔的钢管砼轴心受压短柱试验研究及有限元分析有限元分析和试验结果均表明:①在梁柱节点处开竖槽,当不采取措施时,对承载力有较大的影响;如果设腹板穿越竖槽后与钢管可靠焊接,则对承载力的影响甚微,但大变形时焊缝可能脆裂.②当开孔面积不大时,水平槽比竖向槽的影响小得多,若再穿入钢筋则可不必采取其补强措施.③设上下环箍可弥补开竖槽的影响,当竖槽不大时,增强增韧效果较好.④在钢管上开小孔槽的面积、数量应通过计算后确定.二..钢管砼柱钢筋砼梁节点1暗牛腿节点[如图所示,暗牛腿焊于钢管壁上,梁内钢筋焊于牛腿上下翼缘上.试验表明,塑性铰出现在牛腿与梁的交界面处,适用于梁内配筋不多的情况[2,3].2暗牛腿梁筋穿心节点[1,2]当采用暗牛腿节点但梁内钢筋数量较多时,可将少量钢筋穿越核心区此时,塑性铰同样出现在牛腿与梁交界处,研究表明,穿心钢筋数量应少于梁中正或负钢筋的1/3,且在钢管上宜一筋一孔,孔间距大于等于3d.3钢筋砼环梁节点梁的上、下钢筋均锚入环梁内,在钢管壁上要焊上抗剪销钉.试验时经认真测定,此乃刚性节点,塑性铰出现在环与梁的交界处,梁内钢筋锚固可靠.图6示出了有限元单元划分及应力分布,证明试验结果可信.应注意的是梁内钢筋不宜过多,节点处相交的梁不能多于3根,以方便施工.4暗牛腿环梁节点[1～3]当梁跨及荷载均较大因而梁内钢筋数量较多时,可将上述方案进行组合,形成图7所示的暗牛腿环梁节点.此时,暗牛腿焊于钢管壁上,梁内钢筋的2/3焊于钢翼缘顶、底面上,1/3锚入400mm宽的钢筋砼环梁内.测试结果表明,这种节点的抗震性能优良,梁传入的弯矩和剪力主要暗牛腿及起“葫芦节”的环梁传递给钢管砼柱.环梁钢筋也有一定的应力,起到了环箍作用.其中,曾对牛腿腹板穿越核心区的方案作过试验研究,对比试验结果,有了钢筋砼环梁后,不必采取这一措施.5钢加强环钢管砼节点[4]当一个节点处同时有4～5根梁相交,或者是有斜交梁且交角较小时,再采用钢筋砼环梁的方案就不易满足要求.多数节点处相交有5根梁,部分节点处则为斜交梁,这使设计工作带来了一定的困难.为此,采用钢加强环钢管砼节点进行了3个中节点、1个边节点的试验研究.其中,2个中节点的梁内纵筋的1/3焊在钢加强环上,1/3纵筋锚入钢加强环间的砼中,另1/3纵筋则穿越钢管及核心砼(见图9,试件JD1,JD2);另1个中节点将2/3梁内纵筋焊于钢加强环上,1/3纵筋锚入加强环间砼中(见图10,试件JD3);边节点试件JD4如图11所示.实测结果表明:1)钢加强环钢管砼节点的环与柱间相对转角较小,因而属刚性节点;2)与钢筋砼加强环一样,可使梁端塑性铰出现在环与梁的交界处;3)钢管砼柱的直径一般在1m以上,少量梁内钢筋穿过节点核心区时的粘结性能很好,这样还可改善钢加强环的受力条件;4)当梁较多且有夹角较小的斜梁相交时,梁内纵筋可分别与钢加强环焊接、锚入上下钢加强环间砼中、穿过节点核心区,设计及施工时应有详图.三.钢管砼板柱节点的试验研究钢管砼板柱节点的研究,提出了不设柱帽、采用钢制环向牛腿(剪力环)的板柱节点,同时对平板施加预应力.对2种类型的模型进行了试验,2种类型的普通钢筋配置相同,预应力钢筋配筋量也相同,所不同的是试件S1的预应力钢筋不穿越钢管及核心砼区,而试件S2的部分预应力钢筋穿越了钢管及核心砼区,配筋及剪力环等如图13所示.试验的主要结论:1)设内埋剪力环是一种值得推广的节点型式,剪力环能较好地与砼板共同工作,协调变形,具有拉杆拱机制;2)设置剪力环后,可使冲切破坏面外延至环边处,从而有效地提高受冲切承载力;3)钢管内核心砼钢管剪力环形成为广义的核心区,板内少量预应力钢筋的穿越对受力和变形性能没有影响;4)预应力可有效地抑制斜裂缝的开展,增大了剪压区,提高了受冲切承载力.四.钢管砼柱与钢筋砼柱接头抗震性能的试验研究钢管砼柱在轴心受压或小偏心受压时承载力较大,配以高强砼后,应用效果尤为突出.然而,在高层建筑上部的轴力将逐渐减小,钢管砼柱成为大偏心受压构件,砼三向受压的优越性得不到发挥,结构设计中可将其改为钢筋砼柱.由钢管砼柱过渡到钢筋砼柱,必然会出现刚度突变的问题,甚至形成薄弱层.为了解决上述问题,经研究提出了2种措施,一是分批、分层转换;二是采用抗震性能优良的转换接头.对钢管砼柱与钢筋砼柱2种接头方案进行了拟动力试验.方案1是将钢筋砼柱的纵向钢筋直接插入下层的钢管砼柱中,并保证足够的锚固长度;方案2是在上述钢筋砼柱与钢管砼柱接头处上下一定范围内插钢管(见图15).对试验结果的分析表明:在地震作用较小时,两者的水平位移基本相同;当砼裂缝出现后,普通钢筋砼柱的裂缝宽度不断增大,塑性发展较快且难以控制,而内插钢管的钢筋砼柱裂缝和位移均可得到有效的控制,耗能能力为普通钢筋砼柱的2倍左右.从结构抗震整体性能角度看,在转换节点处内插钢管,可有效地减少结构的塑性位移,增加结构的耗能能力,起到加强薄弱层的作用,值得推广应用《开口薄壁杆件的约束扭转理论？》在役石拱桥的钢，混凝土组合结构加固法郭风琪，余志武(中南大学土木工程学院，湖南长沙。)加固方案石拱桥常用加固方法有增大截面，减轻恒载，改变结构体系，增加辅助构件等，经过现场调查和分析，该桥初拟加固方法为，腹拱圈采用钢丝网喷射高强复合砂浆方法进行补强，而对主拱圈，则提出(种方案进行技术经济比较）钢D混凝土组合结构加固方案主拱圈的加固采用在钢板上焊接栓钉，在主拱圈上植筋，在钢板与原主拱圈截面之间新浇自密实混凝土，通过混凝土的连接和栓钉与植筋的相互咬合形成共同受力的钢，混凝土组合截面，断面布置见图新型钢-混凝土组合结构的应用与展望＊白晓红白国良(西安建筑科技大学土木工程学院西安710055)1组合结构的概念和类型从材料性能与组合的效果,以及经济性和实际应用上来看,作为与土木工程相关的组合结构,钢与混凝土或钢与钢筋混凝土的组合仍然最具适用性,被大量研究和应用。组合结果即是:至少应使用两种以上的材料,不包括只单独发挥各自作用的、单纯重叠的和单独承受外部作用的形式,材料之间必须能以某种形式传递荷载或作用。就材料而言,“组合”的目的是希望得到单一材料不具有的力学性能和改善单一(或两种)材料组成构件或结构的综合性能。组合结构是组合异种材料构成结构构件,并作为完整整体而发挥作用的结构。它包括:钢管混凝土结构(ConcreteFilledSteelTubularStructures);型钢钢筋混凝土结构;其他类钢-混凝土组合结构,如外包钢混凝土结构,压型钢板与混凝土组合楼板结构,钢与混凝土组合梁、混合梁、混合柱,组合节点结构体系等。他们实现组合结构的途径表现在两个方面:构件界面的“组合”及多种单一材料或多种材料的“组合”。发挥组合结构特性的保证条件是:钢与混凝土两者之间必须有牢固的粘结,因为组合结构的力学特性不仅受到连接材料特性的影响,还受到连接面应力传递特性的影响。2型钢混凝土及钢管混凝土的概念及优点型钢混凝土(SRC)结构是把型钢(S)置入钢筋混凝土(RC)中,使型钢、钢筋(纵筋和箍筋)、混凝土三种材料协同工作以抵抗各种外部作用的一种结构。它是钢-混凝土组合结构的一种形式,同传统的钢结构相比,型钢混凝土结构有更大的刚度和强度,更好的局部和整体稳定性,防腐蚀和防火性能好,节约钢材。同钢筋混凝土结构相比,这种结构承载力大、刚度大,具有良好的变形能力和延性,抗震性能优越;尤其在大跨度、超高层、重荷载的土木工程结构中,较单独采用钢筋混凝土结构有更好的适用性———减小构件截面、增大使用空间、减小构件挠度、节省模板和支撑钢管混凝土是将普通混凝土填入薄壁圆型钢管内而形成的组合结构。钢管混凝土可借助于内填混凝土增强钢管壁的稳定性;借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,而使混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。它与传统的钢筋混凝土柱相比,具有以下几个优点:重量轻、塑性好、强度高、抗震性能好;钢管作为劲性承重骨架,省去了通常的混凝土支模、拆模和支撑工作量,省工、省时;钢管简便,操作性强,宜于保证质量;钢管混凝土在提高结构整体抗震性能的同时,有效地减小了结构尺寸,增加了使用面积。2.预应力技术不仅可以用于混凝土结构,而且可以广泛应用于其他结构中,如预应力钢结构、预应力砌体结构等。预应力的作用不仅仅增加其抗裂度,减少挠度变形,而且可起调节结构杆件的内力分配、增加刚度和稳定性等作用。在大跨度支撑式结构或复杂悬挑结构、连续组合梁桥、连续箱形梁桥、斜拉桥结构中,可利用梁弯曲还原力、钢绞线(或两者并用)、化学预应力(膨胀混凝土)等方法根据需要施加预应力。这样可增大结构跨度,扩大型钢混凝土结构的使用范围,取得技术经济效益;同时,在使用条件下,防止或控制混凝土产生裂缝,增大构件刚度;也能防止型钢和钢筋混凝土受有害环境侵蚀,增加型钢混凝土结构的耐久性预应力钢结构的研究虽已有一定的历史,但工程应用实例相对较少。主要原因包括钢丝防腐问题没有很好解决;预应力的建立须有较高的技术要求;设计计算理论和技术仍需完善等[21]。所有这些,都限制了预应力钢结构的发展和应用。3轻型钢-混凝土组合结构及高强混凝土组合结构的研究。对于型钢混凝土结构,采用轻质混凝土可以减少结构自重,降低基础造价,在地震区还可降低地震作用,节省结构的投资;同时,可利用工业废料和天然轻集料、人造轻集料,降低材料造价。轻钢结构本质上源于传统冷弯薄壁型钢结构和钢与混凝土组合结构,具有性能好、自重轻、工厂预制化程度高,建造速度快等优点。4型钢混凝土结构的粘结滑移特性和疲劳破坏机理研究在型钢混凝土构件中,型钢与混凝土能否共同工作是构件设计理论的基础。到目前为止,国内外对型钢混凝土构件的研究还是停留在理想的完全共同工作或理想的完全分离工作水平上。而实际上,型钢与混凝土处于两种理想状态的中间状态,即部分共同工作,也就是说型钢与混凝土之间存在粘结滑移。型钢与混凝土之间的粘结性能是影响型钢混凝土构件受力性能、破坏形态、承载能力、裂缝和变形的主要因素。只有将型钢与混凝土之间的粘结滑移性能搞清楚,才能真正解决型钢混凝土结构的最基本问题,并可将其应用于有限元分析中,使结构和构件计算更为准确可靠,结构安全性和适用性得到保障。5复合受力型钢混凝土构件的工作机理和抗震性能钢混凝土组合梁的基础上,提出了钢箱混凝土组合梁,通过分析纯扭转应力函数的特点,采用差分法建立钢箱-混凝土组合截面不同材料区域内部各节点的差分方程,并根据组合截面的特征,将应力函数在材料交界面附近做线性化处理,建立基于不同材料的一阶导数关系式,联立求解此类复杂截面的扭转问题。实际中,型钢混凝土结构构件往往承受复合作用力,从截面所受内力分,有压弯构件,压弯剪构件,弯扭构件,压弯扭构件,压弯剪扭构件。以往的研究大都集中于受压构件、受弯构件、压弯构件、压弯剪构件的试验分析,对于型钢混凝土构件的受扭及与受扭相关的复合受力构件很少研究。为全面、系统地掌握型钢混凝土结构的性能和设计理论及为工程实际应用,应尽早开展上述内容研究。6正常适用状态下不同型式型钢混凝土构件的性能研究钢骨混凝土构件按照钢骨的形式可分为:实腹式构件和空腹式构件。实腹式钢骨混凝土构件的制作简单方便、承载能力高,有较好的延性耗能能力,因此在实际工程中运用较多。规定高层建筑结构中不宜采用空腹式钢骨混凝土构件,虽然其具有节约钢材的优点,但构造复杂,制作费用较高且受力性能及抗震性能相对较差型钢混凝土往往应用于一些体量大的结构中,含钢量大,同时混凝土截面也大,混凝土的收缩和徐变变形影响不容忽视,在使用荷载和环境条件下的裂缝开展以及对大跨度型钢