文档介绍：组合结构稳定性研究现状
摘要:钢-混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构,它扬长避短,充分利用了钢结构和混凝土结构各自优点,具有广泛的应用前景。因此组合结构的稳定性研究有着重大的意义,本文从钢管混凝土、组合板、组合梁三种组合结构出发,论述了国内外组合结构稳定性研究现状和研究过程存在的不足,最后文章对组合结构未来进了展望。
关键词:组合结构;钢管混凝土;型钢-混凝土组合板;钢-混凝土组合梁;稳定性;研究现状
1、引言
、组合结构概述
根据使用材料的不同,工程师****惯于把结构体系划分为砌体结构、木结构、钢结构、混凝土结构、钢-混凝土组合结构等。从广义上讲,钢筋混凝土结构由钢筋和混凝土组成,也属于组合结构。但是,目前仅将含有钢-混凝土组合构件的结构称为钢-混凝土组合结构,posite structure[1] 。
钢-混凝土组合结构是一种新型的结构形式,它充分发挥了钢与混凝土两种材料的优良性能——钢材具有良好的抗拉强度和延性,而混凝土则具有优良的抗压强度和较大的刚度,并且混凝土的存在提高了钢材的整体屈曲和局部屈曲性能,由两种材料结合而成的组合结构在地震作用下具有良好的强度、刚度、延性以及较好的耗能能力。目前国内外常用的组合结构有:钢管混凝土结构(concrete filled steel tubes)、型钢混凝土结构、钢与混凝土组合梁(steel-posite beams)、压型钢板与混凝土组合板四大类结构。另外,随着对钢筋混凝土柱-梁组合节点研究的不断深入,组合节点的应用也日益广泛[2]。
、组合结构历史回顾和发展现状
组合结构的雏形最早于1894年出现在美国,当时出于防火的需要在钢梁外面包上了混凝土,但并未考虑混凝土与钢的共同受力[3] 。20世纪20年代,出现了具有现代意义的钢-混凝土组合梁。到20世纪30年代末期开始已逐步采用抗剪连接件,外包混凝土也逐步过滤到把混凝土翼板放到钢梁翼板之上,形成了目前常用的
“板-梁”体系的T形组合梁形式。60年代出现了钢管混凝土结构。随着组合结构的推广引用,在相关研究工作基础上,各国也制定了多部有关组合结构的设计规范。例如说欧洲标准委员会(CEN)于1994年颁布了欧洲规范4(EC4)[4],这是目前世界上关于钢-混凝土组合结构最完整的一步设计规范,为组合结构的研究和应用作了比较全面的总结,并指出了今后的发展方向[5]。
我国从20世纪70年代末开始研究组合梁,起步相对较晚。1980年,郑州工学院对2根采用槽钢作为抗剪连接件的钢-混凝土简支梁进行试验。1984年,哈尔滨建筑工程学院对采用弯筋抗剪连接件的组合梁进行了试验研究和理论分析。80年代后期开始,清华大学等单位开始对组合梁进行了较为广泛而系统的试验研究。虽然钢-混凝土组合梁在我国起步较晚,但是早在20世纪50年代,武汉长江大桥、衡阳湘江桥面就采用了组合梁的构造方式。相应的,我国在组合结构研究的基础上,也颁布了一些相关的规范。1988年,我国《钢结构设计规范》(GBJ 17—88)首次例如了一章“钢与混凝土组合梁”的内容,标志着钢-混凝土组合梁在我国的应用开始受到广泛的重视。2003年颁布实施的《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)[6]中有关组合梁一章的内容,在原有的基础上进一步充实,增加了有关叠合板、连续组合梁的内容,吸收了我国近年来在钢-混凝土组合梁研究和应用领域的最新成果。
、稳定性研究的提出
在前面提到组合结构是由混凝土-钢构件组成,而钢结构除了发生塑性破坏、脆性断裂破坏、疲劳破坏和损伤积累破坏外,还有由体系本身所引起的稳定破坏。所谓稳定性定义:结构构件在荷载作用下处于平衡位置,微小外界扰动使其偏离平衡位置,若外界除去后能回复到初始平衡位置,则是稳定的;若外界扰动除去后不能恢复到初始平衡位置,且偏离初始平衡位置愈来愈远,则是不稳定的。由此可见,结构在失稳过程中,变形是迅速持续增长的,结构将在很短的时间内破坏甚至坍塌,因此组合结构稳定性的研究有着重大的意义。
结构构件的失稳包括整体失稳和局部失稳。整体失稳是指作用在结构上的外荷载未达到强度计算得到的结构强度破坏荷载时,结构已不能承担并产生较大的变形,整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。组合结构整体稳定性由于钢构件的界面形式不同和受力状态的不同可以有各种形式,例如说轴心受压构件,可以有弯曲失稳、扭转失稳等;对于受弯构件为弯扭失稳。局部失稳是指结构和构件在保持整体稳定性的条件下,结构中的局部构件或构件中的半间已不能承受外荷载的作用而失稳。这些局部构件在结构可能是受压的柱和受弯的梁;在构件中可以是受压的翼缘板和受压的腹板。对于局部失稳后仍有屈曲后强度的结构和构件虽能继续承载,但其最后的整体失稳极限荷载将受到局