1、型钢混凝土结构研究综述摘要：本文介绍了型钢混凝土的组成，通过与钢筋混凝土结构和钢结构的对比，突出了型钢混凝土结构的优点；并介绍了型钢混凝土结构在国内外的应用与发展；分析了我国规范与前苏联、日本和欧美的相同点和不同点；以及型钢混凝土结构在设计理论方面的研究，总结了该结构形式的研究趋势。 关键词：型钢混凝土结构；钢结构；钢筋混凝土结构；设计规程；粘结滑移 Abstract：The composition of the steel reinforced concrete is introduced in this paper, through the comparison with reinforc
2、ed concrete structure and steel structure, highlighting the advantages of steel reinforced concrete structure; Then introduce the application and development of steel reinforced concrete structure at home and abroad; Analyzes the similarities and differences of the specification and the former Sovie
3、t union, Japan and Europe and the United States ; And the progress of steel reinforced concrete structure in the aspect of calculation theory, Summarized the research trend of the structure form . Keywords：Steel reinforced concrete structure; Steel structure; Reinforced concrete structure; Design pr
4、ocedures; Bond slip 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 0 引言 型钢混凝土结构(Steel Reinforced Concrete Structure,简称 SRC结构)又称钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构，它是指在混凝土中主要配置型钢、并配有一定纵向钢筋和箍筋的结构 。根据配钢形式的不同，型钢混凝土结构可以分为实腹式配钢和空腹式配钢两大类。实腹式配钢主要有工字钢、槽钢和 H 型钢等，空腹式配钢一般是由角钢组成的空间桁架。在实腹式配钢构件中，为防止混凝土的局部剥落，加强对核心混凝土的约束作用，以及抵抗温度、收缩等引起的应力和变
5、形，在外包混凝土中要配置箍筋和一定数量的纵向钢筋。在空腹式配钢的构件中，可以不设纵向钢筋与横向箍筋。目前在抗震结构中多采用实腹式配钢型钢混凝土构件，常见的型钢混凝土柱、梁构件形式见图 1。 1 型钢混凝土组合结构的特点 以型钢和钢筋混凝土组成的型钢混凝土组合结构，对钢结构来说，钢筋混凝土为新的组成部分，对钢筋混凝土来说，型钢是新的组成部分。相对于钢结构和钢筋混凝土结构，型钢与混凝土组成的结构性能，既有量的改变又有质的改变，既发挥了两种结构各自的优点，有克服了各自的缺点，具有如下的特点： 1.1 相对于钢结构的优点 外包钢筋混凝土能够承受拉、压、弯、剪能力，并且能够约束型钢或钢板，提高型钢的抗屈
6、曲能力，因而可以大大地节约钢材，降低造价。外包钢筋混凝土部分兼有防火、耐久的作用，省去了钢结构的防护层，这对建筑的安全起到至关重要的作用。 钢结构的抗水平力作用（一般为风载及地震作用）的刚度较小，水平位移较大，不易满足建筑物稳定性和舒适度等要求，但型钢混凝土组合结构刚度大、容易满足水平变位限值的要求。 1.2 相对于钢筋混凝土结构的优点 钢筋混凝土结构中的混凝土是脆性材料，在受力以后容易产生裂缝、破碎、剥落等现象。钢筋混凝土结构构件的受剪、受压破坏都是脆性破坏，在地震时经常发生，且震害严重。当钢筋混凝土结构内部加入型钢以后，型钢改变了其脆性破坏的性质，刚度塑性变形的性质在结构中起主导作用，从根
7、本上改善了构件的抗震性能。 型钢的材料强度远大于混凝土，在钢筋混凝土截面中增加了型钢，既可以满足高层建筑高压力高延性要求的前提下，减小构件的截面，克服钢筋混凝土结构的胖柱问题，同时，由于型钢没有像混凝土那样的受压徐变问题，因此减少了长期受压时的变形问题。 钢筋混凝土短柱多发生剪切破坏的震害，而型钢混凝土中的型钢腹板有效地承担剪力作用，避免剪切破坏。 钢筋混凝土柱震害常有柱端混凝土被压碎剥落，钢筋呈灯笼状，失去承载力的现象发生。而在型钢混凝土柱的柱端，型钢外部的混凝土破坏，型钢内部混凝土受型钢的约束，与型钢共同工作仍能承载，使房屋在大震时坏而不倒。 在施工时，可以应用型钢钢架承担施工荷载，采用逆
8、打法浇筑混凝土。 2 国内外型钢混凝土结构规范比较3 型钢混凝土结构中型钢与混凝土的粘结作用远小于钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土的粘结作用，由于型钢混凝土结构中的粘结滑移作用直接影响构件的承载能力、破坏形态、裂缝和变形计算等受力性能，故各国针对粘结滑移的不同考虑，指定的规范和规程也有所差异。 日本 AIJ 的型钢混凝土规范中规定，对空腹式型钢混凝土构件按钢筋混凝土的方法计算，而对实腹式型钢混凝土结构构件在型钢不发生局部屈曲的假定下，承载力计算采用强度叠加法。强度叠加法有两种，一种是“简单叠加法” ，即在不考虑构件轴向力的作用下将型钢和钢筋混凝土所承担的弯矩相加；另外一种则是“一般叠加法” ，即在
9、考虑轴力的作用下将型钢和混凝土分别承担的弯矩叠加。第一种方法计算较简单，但结果比较保守，后一种则计算困难，但是设计比较经济。 前苏联规范 CHNJILI-21-75 和 CN3-78 规定，型钢与混凝土之间具有可靠的粘结力，把型钢与混凝土视作一个整体，即认为它们的变形是一致的，忽略了型钢与混凝土之间的粘结滑移，共同承担外部作用，将型钢离散化为钢筋，完全套用钢筋混凝土结构的设计方法，计算结果偏于不安全。 欧美国家则以钢结构计算方法为基础，经过试验与数值分析引入协调参数加以调整的经验公式。例如英国 CPI10 规范、美国钢结构学会（AISC）1986 年荷载和抗力系数法（LRFD）设计规范中规定一
10、样就是以钢结构计算方法为基础，根据型钢混凝土结构大量的试验结果，经数值分析计算，引入一定的参数加以调整的经验公式。 我国建设部于 2002 年 1 月 1 日颁发实施的型钢混凝土组合结构技术规程 （JGJ138-2001） 4 ，对型钢混凝土框架梁正截面受弯承载力做了下列基本假定来进行计算：（1）截面应变保持平面；(2)不考虑混凝土的抗拉强度；（3）受压边缘混凝土极限压应变cu 取 0.003，相应的最大压应力取混凝土轴心抗压强度设计值 fc 受压区应力图形简化为等效的矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的中和轴高度乘以系数 0.8，矩形应力图的应力取为混凝土轴心抗压强度设计值；（4）型钢腹
11、板的应力图形为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等下哦矩形应力图形；（5）钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值。受拉钢筋和型钢受拉翼缘的极限拉应变su 取0.01。 通过以上规程相对比可以看出，日本规范中的简单叠加法由于没有考虑型钢和混凝土之间的共同工作，得到的计算结果偏于保守；而前苏联规范则认为型钢与混凝土能够成为一个整体且变形一致，共同承担外部作用，这样计算的承载力结果是偏大的。我国规范引入平截面假定后，对型钢的承载力计算加以调整，计算的承载力既不保守也不偏大，居于日本和前苏联规程之间。 3 结语 随着社会的不断发展，对型钢混凝土结构的研究越来越深，从初步的对
12、型钢混凝土梁、柱局部构件实验研究到现在对型钢混凝土结构整体模型、节点构造的试验研究，以及在考虑型钢与混凝土之间的粘结或设置剪切连接件的实验模拟，做一系列的研究就是为了能建立合理的强度、刚度、变形和裂缝开展的计算理论和分析方法。例如下面一些研究课题：西安建筑科技大学的博士研究生杨勇做的 SRC 粘结滑移性能的研究5 ；SRC 结构构件的疲劳性能；SRC 构件的梁柱节点的研究；预应力混凝土结构的研究；型钢混凝土结构可靠性的分析研究；型钢混凝土结构的数值试验模拟与有限元分析等。通过对型钢混凝土组合结构的学习研究，它在土木工程中的应用与发展优大于弊，可以解决工程中遇到的一些问题，像肥梁胖柱现象，它的使
13、用应该得到推广。但在实际工程中，考虑到纵向钢筋、箍筋、型钢、混凝土之间的相互作用以及结构所受的力比实验模拟的要复杂的多，所以，关于型钢混凝土组合结构的设计和计算理论方面有待完善。同时，在计算机数值模拟方面，大多简化或省略了型钢混凝土粘结滑移的影响作用，这和实际工程是有出入的，需要进一步研究完善。 参考文献 1薛建阳.钢与混凝土组合结构M武汉:华中科技大学出版社,2007 2刘维亚.钢与混凝土组合结构理论与实践M北京:中国建筑工业出版社,2008 3彭春华.型钢混凝土结构研究综述J.陕西建筑学报，2007（142）：5-7 4中华人民共和国行业标准.型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）.中国建筑工业出版社.2002 5杨勇，郭子雄，聂建国，赵鸿铁.型钢混凝土结构 ANSYS 数值模拟技术J.工程力学学报，2006，23（4）：79-85
