【正文】 第四章 鋼與混凝土組合梁 組合梁即在鋼梁上鋪設混凝土板 ， 可用于樓蓋 、 屋蓋 、 也可用于工業(yè)建筑中的操作平臺 ， 在橋梁工程的路面中同樣有廣泛應用 。 組合梁主要用于跨度大 、 荷載大 ， 或者整體承重結構為鋼結構的廠房、 高層建筑或橋梁結構等 。 對于一般使用鋼梁混凝土板的結構中 ， 混凝土板只是作為樓面 、 屋面、 平臺板或橋面 。 對鋼梁來說混凝土板只是其荷載 （ 圖 ） 。 如果使兩者結合在一起 ， 混凝土板與鋼梁共同工作 ， 則混凝土板可作為梁的翼緣而成為梁的一部分 ， 發(fā)揮比鋼梁更大的作用 ， 無論強度和剛度都大大提高了 （ 圖 ） 。 兩者的組合作用是靠焊在鋼梁上 ， 澆筑在混凝土板中的剪切連接件來實現(xiàn)的 。 剪切連接件的種類與計算如第一章所述 。 鋼梁可以用軋制型鋼或焊接型鋼 ， 例如工字鋼 、 槽鋼 。 槽鋼經常用作樓蓋 、 平臺或陽臺的邊梁（ 見圖 ） ， 可以獲得平整的外表面 。 圖 非組合梁截面應力 圖 組合梁截面應力 圖 用槽鋼制作的組合梁邊梁 圖 工字形及蜂窩形鋼梁 工字鋼處于梁的受拉區(qū) ， 主要是下翼緣起受力作用 ， 上翼緣處于中和軸附近 ， 不能發(fā)揮主要受力作用 ， 而主要是起與混凝土板的連接作用 ， 因而往往應用上翼緣小下翼緣大的不對稱工字鋼 。 不對稱工字鋼的制作一般有如下三種焊接方式 （ 如圖 ） ： ； ； T字鋼對接； 。 此外 ， 還有蜂窩形梁 （ 圖 ） 。 因為鋼梁中央腹板受力很小， 形成蜂窩狀孔之后便于管線穿過 。 混凝土板可以是普通鋼筋混凝土板 ， 也可以是輕骨料混凝土 、預應力混凝土及壓型鋼板與混凝土組合板 。 鋼筋混凝土板與鋼梁連接處 ， 一般設置板托 。 板托一般有如下作用： 1）擴大梁與板的承壓面積，防止混凝土板局部承壓破壞； 2）提高了板在支承處（梁）的截面高度，因而提高了板的抗沖切能力； 3)使組合梁的截面高度增大，因此承載能力與剛度大大提高。 因此在可能情況下應盡量設置板托，如圖 。 圖 有板托的組合梁 如前述組合梁的組合作用主要是依靠剪切連接件 ， 根據剪力件的配置多少分兩類： 1） 完全剪切連接：即在極限彎矩作用下所產生的縱向剪力 ， 完全由所配剪力件承擔 。 2）部分剪切連接：剪力件所承擔的總剪力小于極限彎矩下產生的縱向剪力 。 部分剪切連接組合梁適用于下列三種情況： 1）組合梁上各截面的彎矩達不到其極限彎矩的情況。組合梁的截面高度與鋼梁的板件厚度不取決于截面所需的抗彎強度，而是主要取決于截面剛度或板件的局部穩(wěn)定。 2）組合梁中最大正彎矩截面達到受彎承載能力時，達不到極限彎矩的某些區(qū)段。 3）當剪切連接件的設置受構造等原因，不能按完全剪切連接設計時。 目前部分剪切連接組合梁的計算方法僅適用于跨度不超過 20米，以承受靜力荷載為主、且沒有太大集中荷載的等截面梁，采用柔性連接件。 組合梁的試驗研究 1. 受力過程 彈性、彈塑性和屈服三階段（圖 ）。 2. 截面的平均應變 型鋼受拉翼緣屈服之前，平均應變符合平截面假定。如果配置足夠的剪切連接件，在極限荷載時，仍基本符合平截面假定（圖 ） 。 圖 圖 圖 3. 混凝土板與鋼梁的水平滑移（圖 ） 由跨中向梁端部逐漸增大；隨荷載的增加而逐漸增大。 （圖 ） 在跨中最小，遠離跨中，向上的掀起位移越大。 圖 水平滑移 圖 掀起位移 組合梁截面的承載力計算 1. 概述 兩種計算理論：彈性理論、塑性理論 1）彈性理論： ? 直接承受動力荷載； ? 鋼梁的受壓板件寬厚比較大、不符合塑性設計條件且組合截面中和軸在鋼梁腹板內通過 2）塑性理論 ? 不直接承受動力荷載； ? 受壓板件寬厚比較??； ? 組合截面中和軸在混凝土板內通過或板托內通過 ? 組合梁的受力狀態(tài)與施工條件有關 ， 因此不論按彈性理論還是塑性理論計算 ， 一般都需考慮混凝土 硬化前 和 硬化后 兩個受力階段 ， 以及施工時鋼梁下 有 、 無臨時支撐 等情況 。 如果在鋼梁下不設臨時支撐 ， 則應按下面兩個受力階段進行計算 。 ? 第一階段： 樓板混凝土的強度達到設計強度 75%之前的階段 。 這時荷載應包括鋼梁自重和現(xiàn)澆混凝土的重量等永久荷載 ， 以及模板重和其它施工活荷載 。 這些荷載全部由鋼梁單獨承受 ， 按一般鋼梁計算其強度 、 撓度和穩(wěn)定性 。 ? 第二階段： 樓板混凝土達到設計強度 75%之后的階段 。 此時荷載應包括增加的結構層及構造層 （ 如防水層 、 飾面層 、 找平層 、 吊頂 ） 等永久荷載以及使用階段活荷載 ， 這些續(xù)加荷載全部由組合梁承受 。 在驗算組合梁的撓度以及按彈性分析方法計算組合梁的承載力時 ， 應將第一階段由永久荷載產生的撓度或應力與第二階段計算所得的撓度或應力相疊加 。 在第二階段計算中 ， 可不考慮鋼梁的整體穩(wěn)定性 。 而組合梁按塑性分析法計算承載力時 ， 則不必考慮應力疊加 ， 可不分階段按照組合梁一次承受全部荷載進行計算 。 ? 如果鋼梁下設有臨時支撐，則應按實際支承情況驗算鋼梁的強度、穩(wěn)定性和撓度，并且在計算使用階段組合梁承受的續(xù)加荷載產生的變形時，應把臨時支承點反力（由永久荷載產生的）反向作為續(xù)加荷載。如果組合梁的設計是變形控制時，可考慮將鋼梁預先起拱等措施。不論是按彈性分析還是塑性分析法，有無臨時支撐對組合梁的受彎極限承載力均無影響，故在計算受彎承載力時，可不分階段，按照組合梁一次承受全部荷載進行計算。 2. 組合梁按彈性理論的計算 （ 1） 組合梁混凝土翼緣板的有效寬度 be 圖 混凝土翼緣板的有效寬度 (1)對中間組合梁， be=bz+b。 +bz， b。為鋼梁上冀緣寬度或者板托頂部寬度，當 α ≤45176。 時，取 a＝ 45176。 ， bz為梁內側的冀板計算寬度，取 L／ s。 ／ 2和 6hcl中的較小值。 (2)對組合垃梁， be＝ bI+b。 +bz， bI為粱外側的翼板計算寬度，取 L／ sl和 6hc 1中的較小值。 (3)對單根組合梁， be＝ bI+b。 +bI。 組合梁截面尺寸的一般規(guī)定 ? 組合梁的截面尺寸應當滿足豎向荷載下的剛度要求。對于建筑結構中的主要承重框架，一般可以取簡支組合梁的高跨比為 1／ 15~1／ 20，連續(xù)組合梁的高跨比為 1／ 20~1／ 25。對于非承重框架的梁，截面高度還可以進一步適當降低。 ? 按照彈性理論計算組合梁的極限承載力時，鋼梁翼緣和腹板的寬厚比需要保證局部穩(wěn)定的要求；按照 《 鋼結構設計規(guī)范 》 (GB50017一 2022）中的規(guī)定： ? 當 h0/tw≤ 80√235/f y時，對無局部壓應力的梁．可不配置加勁肋；對有局部壓應應力的梁，應按構造配置橫向加勁肋。 ? 當 80√235/f y ≤ h0/tw≤170√235/f y時，應配置橫向加勁肋并按照規(guī)定計算當 ≥ h0/tw ≥ 170√235/f y時，應在彎曲應力較大區(qū)格的受壓區(qū)增加配置縱向加勁肋。局部壓應力很大的梁，必要時尚應在受壓區(qū)配量短加勁肋，巳應按規(guī)定計算 在施工階段，由于鋼梁的側向約束通常較少，鋼粱截面尺寸需要滿足整體穩(wěn)定的要求。由于混凝土翼板的支撐作用，使用階段的組合粱通常不必考慮鋼粱的整體穩(wěn)定問題。 鋼梁通過連接件與鋼筋混凝土翼板組合后，其抗彎能力特有顯著提高。在某些情況 下，鋼梁的抗剪能力反而顯得相對不足。為了避免這種情況，組合粱截面的總高度不宜超過鋼梁截面高度的 2． 5倍，混凝上板托高度不宜超過翼板厚度的 1． 5倍，混凝土板托的頂面寬度不宜小了高度的 1． 5倍。 組合梁邊梁混凝土翼板的構造應滿足圖 5— 1的要求。有板托時，翼板伸出長度不應小于板托高度，無板托時，翼板伸出鋼梁中心線不應小于 150mm，伸出鋼梁冀緣邊不應小于 50mm。 混凝土翼緣的有效寬度 be可按下式計算 ： b0— 板托頂部寬度。當板托傾角 α450時，應按 α=450計算板托頂部的寬度；當無板托時，則取鋼梁上翼緣的寬度； b b2— 梁外側和內側的翼板計算寬度 ， 各取梁跨度的 l/6和翼板厚度 hc1的 6倍中的較小值 。 此外 ， b1尚不應超過翼板實際外伸寬度 S1； b2不應超過相鄰鋼梁上翼緣或板托間凈距的 1/2。 當為中間梁時 ， 取 b1等于 b2。 當采用壓型鋼板與混凝土組合板時，翼板厚度 hc1等于組合板的總厚度減去壓型鋼板的肋高。但在計算混凝土翼板的有效寬度 be時，壓型鋼板與混凝土組合板的翼板厚度 hc1可取有肋處板的總厚度； hc2為板托高度，當無板托時，hc2 =0。 210 bbbb e ??? () 1） 鋼梁的截面特征 鋼梁截面積 鋼梁中和軸至鋼梁頂面的距離 鋼梁中和軸至鋼梁底面的距離 中和軸以上截面對中和軸的面積矩 wwbbtt thtbtbA ???（ ） Athttbththtby bwtbbtttt)()( 2 ?????? （ ） Athttbththtby twbttbbbb)()( 2 ??????（ ） 2)()( 2ttwtttttyttytbS ???? （ ） （ 2） 荷載短期效應設計時用的截面特征 計算： 鋼梁截面對中和軸的慣性矩 鋼梁上翼緣的彈性抵抗矩 鋼梁下翼緣的彈性抵抗矩 222333)()()()(121bbbbttttttbbwwtttytbythhttytbtbhttbI??????????（ ） tt yIW ?bb yIW ?（ ） （ ） 圖 非對稱工形截面 2）用換算截面法計算組合截面特征 兩種情況： (1)中和軸在混凝土板內 (2)中和軸在混凝土板以下 圖 圖 （ 3） 考慮荷載長期影響設計時用的截面特征 由于混凝土徐變的影響 ， 組合梁在永久荷載的長期作用下 ，混凝土板的應力有所降低 ， 鋼梁的應力有所提高 。 計算時 ，可將混凝土板的有效寬度除以換算成鋼截面 。 這時 ， 組合截面中和軸大多在混凝土板之下 。 （ 4） 組合梁在施工階段的承載力計算 1） 鋼梁的受彎承載力 在彎矩 作用下 ， 鋼梁的正應力應滿足 在彎矩 和 共同作用下 ，