型鋼混凝土梁的裂縫、剛度及其承載力的研究

尹壯壯

摘? ?要：型鋼混凝土結構在國內廣泛運用在高層建筑上，并且取得了不錯的經(jīng)濟效益。最初型鋼混凝土結構在國外運用的比較多，如歐美、日本等一些地區(qū)在高層建筑、橋梁建設等一系列建筑上使用型鋼混凝土結構，如日本的關東大地震、十勝沖大地震和宮城縣的大地震中，使用型鋼混凝土結構的建筑都充分展示了型鋼混凝士結構的優(yōu)良抗震性能。文章主要對型鋼混凝土梁展開研究，為了研究型鋼混凝土梁的受力性能，筆者對型鋼混凝土梁受力時產(chǎn)生的裂縫寬度進行測量以及記錄第一條裂縫所出現(xiàn)的時間，從而對型鋼混凝土梁的承載力進行研究。在研究剛度時，筆者團隊研究型鋼混凝土梁的不同有效截面，在受力分析的基礎上分析梁所處的不同階段，繼而用公式確定其剛度。

關鍵詞：型鋼混凝土梁;承載力;抗震

文章研究型鋼混凝土梁在受承載力時，其產(chǎn)生的裂縫經(jīng)過的時間、裂縫的寬度、裂縫數(shù)量及在不同承載力條件下產(chǎn)生的各種情況，是否都在建筑要求之內。在研究裂縫的基礎上利用公式確定型鋼混凝土梁的剛度，從而確定型鋼混凝土梁的使用性能。

1? ? 研究背景

日本是一個頻繁發(fā)生地震的國家，因此在抗震建筑方面的研究是比較先進的，型鋼混凝土結構是日本目前研究并應用的最多的一種結構。型鋼混凝土具有兩種結構，一種是空腹式，另一種是實腹式。早期的日本運用空腹式結構，直到20世紀后期才主要應用實腹式。相比空腹式梁，實腹式的制作簡便，承載力大。空腹式雖然節(jié)省鋼材，但制作復雜，總體費用比較高。高層建筑的抗震承載能力離不開具有良好性能的梁，型鋼混凝土梁在高層建筑中最開始是整體應用，現(xiàn)在一些高層建筑只在上部結構中應用也具有良好的抗震性能。如今，型鋼混凝土梁被廣泛運用在國外，如歐美的一些國家外框架用型鋼混凝土結構，核心用鋼結構的高層建筑。我國最早是在廠房上運用型鋼混凝土結構，并逐漸運用在高層建筑橋梁建筑上。就目前來說，高層建筑是未來發(fā)展的方向。研究型鋼混凝土梁的性能對我國高層建筑的發(fā)展具有促進的意義。道路橋梁目前也是型鋼混凝土主要應用的對象。

2? ? 研究意義

混凝土不可避免地會產(chǎn)生裂縫，在型鋼混凝土梁中，過寬的裂縫可能會引起混凝土中的型鋼結構發(fā)生嚴重腐蝕，從而會使型鋼混凝土梁的耐久性降低，繼而使型鋼混凝土梁的承載力下降。同時過寬的裂縫也會給型鋼混凝土梁帶來外觀上的損害，使人住著沒有安全感。型鋼混凝土梁與鋼筋混凝土梁相比，由于配備型鋼，其剛度和承載力都大大增強，型鋼混凝土梁也具有良好的延性和耗能能力，是一種抗震性能較好的結構，在發(fā)生地震時能較好抗震。型鋼混凝土梁與鋼結構比較，型鋼混凝土的外包混凝土對型鋼起到約束的作用，可以防止型鋼的局部屈曲，使鋼材的強度得到很大的發(fā)揮，同時外包混凝土對鋼材起到很好的保護作用，增加結構的耐久性和耐火性。此外，型鋼混凝土梁比純鋼材要節(jié)約鋼材，同時型鋼混凝梁的剛度也要比鋼構件的剛度大得多，所以現(xiàn)在我國超高層建筑基本采用型鋼混凝土梁。

3? ? 項目研究目標、內容和解決的關鍵問題

3.1? 研究目標

調查各地型鋼混凝土梁的適用范圍、使用量。通過對建筑的實地考察及試驗以了解型鋼混凝土梁的性能。研究型鋼混凝土梁的發(fā)展前景以及價值。

3.2? 研究內容

對各地區(qū)的進行調查，主要考察各地區(qū)每年建筑物的所用的型鋼混凝土梁的情況，對型鋼混凝土梁的性能進行研究。雖然型鋼混凝土梁相比鋼筋混凝土梁有著剛度、延展性等方面的優(yōu)勢，但是也有一定的缺陷，通過對型鋼混凝土梁的性能研究，可以改善型鋼梁的缺陷，從而發(fā)揮其更多的價值。

3.3? 解決的關鍵問題

（1）了解各地區(qū)的建筑物的型鋼梁的使用狀況以及高層建筑的型鋼梁所產(chǎn)生的作用。

（2）通過實驗分析型鋼梁的性能及其不足之處。

（3）此型鋼混凝土梁的應用對未來建筑以及超高層建筑的價值。

（4）型鋼混凝土梁的研發(fā)價值以及前景。

4? ? 采取的研究方法、技術路線、實驗方案

（1）研究方法。該項目用到的方法主要有：實驗法、文獻梳理法、調查法以及專家咨詢法，主要采用實驗法。

（2）技術路線。了解項目研究現(xiàn)狀、確定調查方案—實地開展調查—數(shù)據(jù)分析及整理—對型鋼混凝土的力學性能進行研究—撰寫實驗報告得出結論。

（3）實驗方案。先對與本項目有關的資料文獻回顧整理分析，并通過實驗結果進行整理分析，得出調查結果。

5? ? 研究成果

（1）型鋼混凝土梁具有良好的延展性，但是配置箍筋較少時，型鋼混凝土梁會發(fā)生斜截面受剪的破壞。

（2）型鋼與混凝土之間的粘接力對型鋼混凝土梁的承載力和剛度有明顯的影響。

（3）隨著承載力的逐漸增大，裂縫會越來越多，但相比鋼筋混凝土梁，型鋼混凝土梁的承載能力大，出現(xiàn)的裂縫數(shù)相近。

（4）型鋼與混凝土之間會產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，且滑移存在一定的隨機性，一般在加載的后期會出現(xiàn)明顯的滑移現(xiàn)象，在接近極限荷載時，滑移現(xiàn)象變得更加明顯。無論型鋼與混凝土之間的黏接力是否存在，剪力連接件都不能延緩或減少型鋼與混凝土之間的滑移。

（5）型鋼混凝土梁的剛度比鋼筋混凝土梁的剛度大得多。

6? ? 本項目的創(chuàng)新之處

（1）超高層建筑代表一個國家建筑的發(fā)展水平，超高層建筑離不開型鋼梁的使用，所以探索型鋼梁的性能研究對于未來建筑的發(fā)展具有促進作用。

（2）通過對型鋼混凝土梁的力學性能研究，將會降低建筑成本和延長建筑使用壽命。

7? ? 結語

我國建筑目前正在向超高層發(fā)展，而型鋼混凝土梁在高層及超高層的應用中不僅能夠降低成本，更能提高建筑的抗震等能力。所以研究型鋼混凝土梁對我國建筑行業(yè)的高層建筑及超高層建筑的發(fā)展具有促進的意義。

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