型钢混凝土梁的裂缝、刚度及其承载力的研究

尹壮壮

摘   要：型钢混凝土结构在国内广泛运用在高层建筑上，并且取得了不错的经济效益。最初型钢混凝土结构在国外运用的比较多，如欧美、日本等一些地区在高层建筑、桥梁建设等一系列建筑上使用型钢混凝土结构，如日本的关东大地震、十胜冲大地震和宫城县的大地震中，使用型钢混凝土结构的建筑都充分展示了型钢混凝士结构的优良抗震性能。文章主要对型钢混凝土梁展开研究，为了研究型钢混凝土梁的受力性能，笔者对型钢混凝土梁受力时产生的裂缝宽度进行测量以及记录第一条裂缝所出现的时间，从而对型钢混凝土梁的承载力进行研究。在研究刚度时，笔者团队研究型钢混凝土梁的不同有效截面，在受力分析的基础上分析梁所处的不同阶段，继而用公式确定其刚度。

关键词：型钢混凝土梁;承载力;抗震

文章研究型钢混凝土梁在受承载力时，其产生的裂缝经过的时间、裂缝的宽度、裂缝数量及在不同承载力条件下产生的各种情况，是否都在建筑要求之内。在研究裂缝的基础上利用公式确定型钢混凝土梁的刚度，从而确定型钢混凝土梁的使用性能。

1    研究背景

日本是一个频繁发生地震的国家，因此在抗震建筑方面的研究是比较先进的，型钢混凝土结构是日本目前研究并应用的最多的一种结构。型钢混凝土具有两种结构，一种是空腹式，另一种是实腹式。早期的日本运用空腹式结构，直到20世纪后期才主要应用实腹式。相比空腹式梁，实腹式的制作简便，承载力大。空腹式虽然节省钢材，但制作复杂，总体费用比较高。高层建筑的抗震承载能力离不开具有良好性能的梁，型钢混凝土梁在高层建筑中最开始是整体应用，现在一些高层建筑只在上部结构中应用也具有良好的抗震性能。如今，型钢混凝土梁被广泛运用在国外，如欧美的一些国家外框架用型钢混凝土结构，核心用钢结构的高层建筑。我国最早是在厂房上运用型钢混凝土结构，并逐渐运用在高层建筑桥梁建筑上。就目前来说，高层建筑是未来发展的方向。研究型钢混凝土梁的性能对我国高层建筑的发展具有促进的意义。道路桥梁目前也是型钢混凝土主要应用的对象。

2    研究意义

混凝土不可避免地会产生裂缝，在型钢混凝土梁中，过宽的裂缝可能会引起混凝土中的型钢结构发生严重腐蚀，从而会使型钢混凝土梁的耐久性降低，继而使型钢混凝土梁的承载力下降。同时过宽的裂缝也会给型钢混凝土梁带来外观上的损害，使人住着没有安全感。型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁相比，由于配备型钢，其刚度和承载力都大大增强，型钢混凝土梁也具有良好的延性和耗能能力，是一种抗震性能较好的结构，在发生地震时能较好抗震。型钢混凝土梁与钢结构比较，型钢混凝土的外包混凝土对型钢起到约束的作用，可以防止型钢的局部屈曲，使钢材的强度得到很大的发挥，同时外包混凝土对钢材起到很好的保护作用，增加结构的耐久性和耐火性。此外，型钢混凝土梁比纯钢材要节约钢材，同时型钢混凝梁的刚度也要比钢构件的刚度大得多，所以现在我国超高层建筑基本采用型钢混凝土梁。

3    项目研究目标、内容和解决的关键问题

3.1  研究目标

调查各地型钢混凝土梁的适用范围、使用量。通过对建筑的实地考察及试验以了解型钢混凝土梁的性能。研究型钢混凝土梁的发展前景以及价值。

3.2  研究内容

对各地区的进行调查，主要考察各地区每年建筑物的所用的型钢混凝土梁的情况，对型钢混凝土梁的性能进行研究。虽然型钢混凝土梁相比钢筋混凝土梁有着刚度、延展性等方面的优势，但是也有一定的缺陷，通过对型钢混凝土梁的性能研究，可以改善型钢梁的缺陷，从而发挥其更多的价值。

3.3  解决的关键问题

（1）了解各地区的建筑物的型钢梁的使用状况以及高层建筑的型钢梁所产生的作用。

（2）通过实验分析型钢梁的性能及其不足之處。

（3）此型钢混凝土梁的应用对未来建筑以及超高层建筑的价值。

（4）型钢混凝土梁的研发价值以及前景。

4    采取的研究方法、技术路线、实验方案

（1）研究方法。该项目用到的方法主要有：实验法、文献梳理法、调查法以及专家咨询法，主要采用实验法。

（2）技术路线。了解项目研究现状、确定调查方案—实地开展调查—数据分析及整理—对型钢混凝土的力学性能进行研究—撰写实验报告得出结论。

（3）实验方案。先对与本项目有关的资料文献回顾整理分析，并通过实验结果进行整理分析，得出调查结果。

5    研究成果

（1）型钢混凝土梁具有良好的延展性，但是配置箍筋较少时，型钢混凝土梁会发生斜截面受剪的破坏。

（2）型钢与混凝土之间的粘接力对型钢混凝土梁的承载力和刚度有明显的影响。

（3）随着承载力的逐渐增大，裂缝会越来越多，但相比钢筋混凝土梁，型钢混凝土梁的承载能力大，出现的裂缝数相近。

（4）型钢与混凝土之间会产生滑移现象，且滑移存在一定的随机性，一般在加载的后期会出现明显的滑移现象，在接近极限荷载时，滑移现象变得更加明显。无论型钢与混凝土之间的黏接力是否存在，剪力连接件都不能延缓或减少型钢与混凝土之间的滑移。

（5）型钢混凝土梁的刚度比钢筋混凝土梁的刚度大得多。

6    本项目的创新之处

（1）超高层建筑代表一个国家建筑的发展水平，超高层建筑离不开型钢梁的使用，所以探索型钢梁的性能研究对于未来建筑的发展具有促进作用。

（2）通过对型钢混凝土梁的力学性能研究，将会降低建筑成本和延长建筑使用寿命。

7    结语

我国建筑目前正在向超高层发展，而型钢混凝土梁在高层及超高层的应用中不仅能够降低成本，更能提高建筑的抗震等能力。所以研究型钢混凝土梁对我国建筑行业的高层建筑及超高层建筑的发展具有促进的意义。

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