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钢-混凝土组合梁大家都不陌生,传统的组合梁有以下几种形式: ▼ 当然,劲性混凝土梁,也算是 钢-混凝土组合梁 ▼ ' B" _/ l S7 w" O( m; j+ P9 e# P
近来新发展的还有外包钢板组合梁 ▼ : @$ [' \5 ]' @0 O0 o
本文只讨论第一种。对于传统的组合梁,通过在钢梁和混凝土翼缘板之间设置剪力连接件(栓钉、槽钢、弯筋等),抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移,使之成为一个整体而共同工作。 充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能,与单独工作的钢梁相比,挠度可减小1/3~1/2,实在是节能减排必备良品。 , |6 ~( q# B6 e' p; \$ P
但这玩意用到超静定结构中就不妙了,因为超静定结构在负弯矩区位置的受力状态是混凝土受拉、钢梁受压,而栓钉连接件的抗剪作用约束了混凝板的纵向变形,导致组合结构负弯矩区混凝土板产生更大的拉应力,所以因这个区域的混凝土极易开裂! 针对负弯矩区楼板抗裂问题,专家们想了很多办法,包括加密钢筋法、纵向预应力技术、群钉技术、优化施工工艺法等。对于跨度较大时,在弯矩区施加预应力是个不错的选择,但因为楼板与钢梁之间有栓钉连着的,所以施加的预压力有一部分被钢梁扛住了,大大降低了纵向预应力的效率。
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为了解决这个问题,聂建国院士发明了抗拔不抗剪的连接件。非常神奇,在负弯矩区的混凝板与钢梁采用这种连接件以后,板在纵向可以自由变形,从而降低混凝土板的拉应力和提高预应力效率,但连接件抗拔作用可以防止混凝土板与钢梁分离和掀起。 该连接件的主体由螺杆和螺帽组成,材质和传统栓钉连接件相同,施工时,先将螺杆焊在钢梁翼缘上,然后在螺杆周围套上低弹模材料(例如:泡沫塑料、EVA泡棉、橡胶等),最后再拧上螺帽。具体样子见下图:
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这种连接件优势很明显:. [& K3 ^( S) Z* u
①混凝土板和钢梁之间纵向刚度很弱,几乎能自由滑动,可有效释放组合梁负弯矩区混凝土板中的拉应力;
9 K. g' b7 q! U- T$ V2 W; [- b7 F& v②能有效降低活载效应、混凝土收缩徐变以及温度效应引起混凝土板中的拉应力,显著提高组合结构的使用性能、长期性能和耐久性能;/ p6 e, O& c/ F. A4 c% E d8 U
③连接件取材方便,构造简单,施工方便,经济性好;
6 I. b1 S. Y4 f8 H1 k) o1 D④保留了传统栓钉连接件抗混凝土板掀起的功能,钢与混凝土界面在有限滑移的情况下始终紧密贴合,保证了结构整体性和界面耐久性。8 ^+ [) N; S1 I0 `
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北京市建筑设计研究院有限公司马凯 提出另外一个解决方案,直接取消连接件,将组合梁做成下面这个样子,来解决负弯矩区楼板抗裂问题。 采用上图的组合梁有以下几个优点:
7 l! j- i+ w. L( I7 P6 l- w0 i1) 组合框架梁中钢梁的上翼缘位于截面顶部, 有效解决了支座区域的楼板开裂问题,保证楼板对钢梁有较大的刚度放大作用,可按等刚度梁评估组合框架梁的刚度放大系数;
; t0 E# K" {4 O5 |' [ 2) 钢梁进入混凝土楼板内,不仅省去了混凝土楼板和钢梁之间的抗剪连接件,而且能更好地减小两者之间的滑移效应,使混凝土楼板与钢梁的变形更加协调,有效保证组合框架梁的抗弯刚度; . D+ N! _$ l4 q* E5 L
3) 钢梁进入混凝土楼板内,有效减小了组合框架梁的截面高度,可以更好地满足建筑的净高要求。 ' j [ g" o/ @; D. z3 }4 K
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