超静定钢-砼组合梁剪力连接件的设置探讨

   

        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：

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        当然，劲性混凝土梁，也算是 钢-混凝土组合梁

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近来新发展的还有外包钢板组合梁

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        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。
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        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！

                               
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        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：

这种连接件优势很明显：
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；
②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；
③连接件取材方便，构造简单，施工方便，经济性好；
! _1 e, ]# X: f) u: E' ?9 t. V④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。
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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:
% c' H) V- o, |, q1 ]- U1) 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;
0 @6 f9 D# ]0 j) [# n* q 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;
1 K, E. i% u) F; q: i" b% q3) 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。
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