Research and application of high-performance double steel-plate reinforced concrete structures

钢板混凝土结构是继钢 混凝土组合梁和钢管混凝土柱之后又一项重要的组合结构形式，其主要适用于墙、板、壳等构件，具有灵活的构造形式、良好的综合性能优势及广泛的应用价值。简述了近年来双钢板混凝土组合结构的主要研究进展与工程应用情况，重点关注其在建筑剪力墙结构、沉管隧道、大跨桥梁桥塔和防护结构中的应用，分别介绍了多种钢板混凝土剪力墙结构、隔舱式钢板混凝土沉管隧道结构、钢板混凝土桥塔结构、钢板混凝土组合防冰墙结构的特点与优势、理论和试验研究成果及其在典型工程中的应用情况。相关研究和应用较为充分地论证和展示了双钢板混凝土结构在受力性能、使用功能和施工建造等方面的优势，揭示了多种类型钢板混凝土结构的面内外受力机理和破坏模式，并建立了钢板与混凝土界面连接、构件承载力和刚度等的设计方法。并对钢板混凝土结构在核电工程模块化建造、隧道工程衬砌、海洋平台等其他领域的应用前景及其在理论和实践方面仍需深入研究的问题进行了展望。     

钢板-混凝土组合结构桥塔研究及应用综述

桥塔是大跨缆索支承桥梁中重要的受力构件，尤其是多塔斜拉桥中塔对刚度和承载力同时提出了较高的要求。钢板-混凝土组合结构桥塔丰富了桥塔结构形式的选择，对于解决多塔斜拉桥中塔刚度不足等关键技术问题具有重要意义。首先对组合结构桥塔的整体应用现状进行调研汇总，目前组合结构在桥塔中多作为局部结构或以钢管混凝土结构形式应用于中小跨径桥梁，大跨径缆索支承桥梁中需要的大截面尺寸钢板-混凝土组合桥塔目前研究较为缺乏。对保证钢、混凝土协同工作性能的连接件及双钢板-混凝土组合结构形式的已有研究和现状进行了调研分析，现有小尺度组合结构试验及常规连接件研究成果不适用于组合桥塔，有待针对桥塔受力特性开展进一步研究。提出双钢板-混凝土组合结构桥塔及薄开孔板连接件，通过试验研究及理论分析研究给出了组合桥塔受力机理及设计理论。最后，结合依托工程南京五桥经验提出组合结构桥塔设计建议及方法，组合桥塔在算例分析中与混凝土桥塔、钢桥塔相比显示出了在受力性能、经济性能及施工便利性方面的优势。研究与实践均表明，新型组合结构桥塔体系具有较为显著的性能优势，取得了令人满意的综合经济效益，为大跨缆索支承桥梁工程建设提供了崭新的思路和选择，...     

钢-混凝土组合结构在海洋工程中的应用研究（英文）

海洋工程建设是我国海洋强国战略实施的重要基础和保障。相比陆地工程,海洋工程面临更加复杂苛刻的建造环境和条件,其设计、建造、施工难度通常更大,因而对结构工程提出了新的挑战。钢-混凝土组合结构由于充分利用钢材和混凝土各自性能优势,扬长避短,优化组合,具有显著的性能优势和综合经济效益,在海洋工程中拥有广阔的应用前景。本文从跨海桥梁、海底沉管隧道和海上浮体平台三方面综述了清华大学组合结构研究团队近年来在海洋工程组合结构研发和应用方面的工作:1)提出了新型抗拔不抗剪连接技术,并与传统支座升降、预应力、施工工序优化等技术结合,形成跨海连续组合梁桥负弯矩综合抗裂技术,与现有预应力抗裂方法相比具有显著的施工和运维成本优势,与混凝土结构相比具有明显的抗裂性能优势。这一新技术将极大提升结构的耐久性,已经在大连湾跨海大桥的结构设计中得到应用,为组合结构跨海桥梁的推广应用提供了有效的技术支撑。2)研发了适用于跨海多塔斜拉桥的新型双钢板-混凝土组合桥塔,从界面连接和结构整体受力性能两个维度开展研究。结果表明,其在开孔板连接件的作用下可以实现钢与混凝土的协同工作,与纯钢结构和混凝土结构桥塔相比有更高的承载能力、刚度和延性。同时钢板可兼作混凝土模板,提高施工效率,混凝土对钢壳的约束作用也解决了纯钢结构易局部失稳的问题。新型组合桥塔已在南京长江五桥工程中得到应用,刚度、承载力等关键性能指标的显著优势有助于新型组合结构桥塔在未来跨海多塔斜拉桥工程中得到进一步的推广与应用。3)提出了适用于海底沉管隧道的隔舱式双钢板-混凝土组合结构,揭示了其抗弯、抗剪和型钢连接件性能,提出了相应的设计方法。结果表明,相对于传统钢筋混凝土结构,组合结构尺寸小,承载能力强,抗震适应性好。双钢板既可作为混凝土模板,也可起到受力与防水的多重作用。除此以外,该结构施工便捷,尺寸不受加工设备限制,预制厂地要求低。该成果已在深中通道沉管隧道段得到应用,是未来跨海隧道的重要发展方向。4)研发了海上超大型钢-混凝土组合结构漂浮平台,将其应用于海上超大型浮式平台的建设,基于水弹性响应及结构强度分析,对大型钢-混凝土组合箱式浮体平台进行了案例设计和分析。结果表明,其可在提高结构防火、抗爆、抗冲击性能的基础上,增强构件的稳定性及耐久性,显著减小结构用钢量,同时组合浮式平台不用设置加劲肋,设计和施工便捷,维护成本低,具有良好的发展前景。研究与实践表明,组合结构由于其灵活多样的结构形式,即使面对海洋工程复杂苛刻的荷载环境条件和使用功能需求,也能发挥其性能优势,解决工程难题。本文所提出的新型组合结构体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为海洋工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在海洋工程中的应用。目前,组合结构在海洋工程中的应用仍处于起步阶段,尚需在复杂荷载响应分析、高性能新材料应用、结构形式多样性和适用性等方面进一步开展深入研究。     

双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述

本文指出了双钢板混凝土组合剪力墙结构自身的特性和结构的受力机理,总结了国内外研究者对双钢板混凝土组合剪力墙,在结构试验、有限元模拟、理论计算和局部稳定分析4个方面的抗震性能研究现状,分析目前研究成果中存在的优缺点,提出了双钢板混凝土组合剪力墙研究中存在的若干关键问题。展望了双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究的发展前景。     

双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述

双钢板混凝土组合剪力墙由于具有延性好、承载力高、高强度及刚度大等优点,组合剪力墙是目前比较理想的抗侧力构件,近些年来得到了广泛的应用和发展。文中在总结国内外研究的基础上,介绍了对不同截面形式双钢板混凝土组合剪力墙的承载力计算、受力性能影响因素及试验研究,指出目前有关双钢板组合剪力墙研究领域存在的问题和尚未研究的方面,为双钢板混凝土组合剪力墙的进一步试验研究及设计提供建议和参考。     

双钢板-混凝土组合结构在沉管隧道中的发展与应用

沉管隧道在近年来修建的大型水下隧道工程中越来越多地得到运用,尤其是大型海底隧道。为研究沉管隧道的发展趋势,为工程设计提供参考,文中综述了沉管隧道的历史,总结出其结构形式经历了钢壳-钢筋混凝土结构、钢筋混凝土结构、双钢板-混凝土组合结构3个发展阶段。研究发现以配置横纵向隔板与加劲肋为特征的隔舱式双钢板-混凝土组合结构优点突出,是未来大型沉管隧道的发展方向,值得深化研究与探讨。目前双钢板-混凝土组合结构的相关研究较多,但针对隔舱式双钢板-混凝土组合结构面外性能的研究还比较欠缺,已有设计方法应用了混凝土规范但较为保守。在已有研究的基础上,该文进行3个抗弯梁式试验与3个抗剪梁式试验。试验研究发现已有抗弯设计方法与试验结果符合较好,但其考虑受压翼缘局部屈曲的构造要求可进一步放宽;已有抗剪设计方法低于试验值较多,偏于保守。基于理论分析,文中进一步提出考虑钢-混凝土组合抗剪机制与工字钢腹板抗剪机制两种机制相结合的抗剪设计方法,与试验结果符合较好且有一定富余。     

钢板混凝土组合剪力墙在中国国家博物馆工程中的应用

钢板混凝土组合剪力墙是一种新型的结构形式,可以充分发挥钢和混凝土两种材料的优势,在提高承载力的同时保持较好的延性,在钢-混凝土混合结构中具有独特的应用优势,即将颁布实施的有关规范里,均已提出了钢板混凝土组合剪力墙的承载力计算方法以及相关的设计、构造要求等,为钢板混凝土组合墙的应用提供了规范依据。结合钢板混凝土组合剪力墙的试点工程中国国家博物馆,介绍其应用经验,包括设计方法、思路、构造、节点以及施工措施等,希望为钢板混凝土组合剪力墙的应用积累经验、提供参考。     

钢板混凝土剪力墙超限结构设计——以武汉某住宅项目为例

钢板与混凝土组合的剪力墙具有自重小、承载力高、整体延性好、耗能能力强、抗震性能优良等优点,在超高层建筑结构中有非常广阔的应用前景。由于现行规范图集对复杂组合结构的构造描述和大样做法涉及较少,导致结构工程师在设计时常常遇到一些困惑。本文结合工程实际,详细介绍了结构的整体布置、墙厚的设计原则、钢板混凝土剪力墙的优点、边缘构件及墙身的细部构造、施工措施、弹塑性分析结果、基础及墙脚设计等内容,希望为钢板混凝土剪力墙推广应用,提供设计参考。     

组合钢板剪力墙的抗震性能研究进展

组合钢板剪力墙是由钢板和混凝土板组成的新型抗侧力构件。本文介绍了组合墙的各种形式。总体上将组合墙分为单层钢板组合墙和双层钢板组合墙。前者可分为现浇混凝土组合墙和预制板组合墙,后者有Bi-Steel(双钢板)组合墙和双层压型钢板组合墙两种形式。本文对每种形式组合墙的抗震性能作了仔细讨论,重点回顾了预制板组合墙的改进措施,包括混凝土板边设缝、预制板设大孔径螺栓孔、采用低屈服点钢材、钢板开圆孔以及去除钢板与竖向边缘构件的连接,形成两边连接组合墙。还讨论了两边连接组合墙的改进方法,包括设置面外支撑、钢板开竖缝、大宽厚比开缝钢板和大高宽比Ⅰ型钢板。最后总结了组合墙的发展趋势。     

新型装配式钢板组合剪力墙轴压受力性能分析

新型钢板组合剪力墙是装配式构件中的一种新型抗侧力构件,为了研究该新型结构构件的设计参数对承载力的影响,采用大型有限元软件ABAQUS建立钢板组合剪力墙的有限元模型进行模拟分析,模型中混凝土和钢板均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性。研究了钢板组合剪力墙的轴压受力机理,模拟了组合剪力墙的轴压性能,分析不同设计参数包括隔板横向间距、钢板厚度、墙体宽度、混凝土强度等级对试件承载力的影响。分析结果表明:所建立的有限元模型能较好地模拟组合墙的轴压性能,钢板厚度、墙体宽度和混凝土等级对承载力影响较为明显,均与试件的承载力呈线性关系,适中的隔板横向间距能保证该新型组合剪力墙具有最大的承载能力。     

钢框架结构与钢筋砼剪力墙结构联合应用施工技术探讨

讨论钢框架结构与钢筋砼剪力墙结构,以钢材为主要建筑材料的钢结构框架以及钢与钢筋混凝土的组合结构可为多层钢结构大开间住宅的设计提供参考,而钢框架与钢筋砼剪力墙混合结构因有其独特的优点和实用性将更具发展潜力。     

钢板混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

完成了2个内嵌钢板混凝土墙试件和3个外包钢板混凝土墙试件在恒定轴压力和往复剪切作用下的拟静力试验,用以研究钢板混凝土剪力墙的抗剪性能。墙试件采用工字形截面,剪跨比为1.2,腹板墙截面含钢率约6%。试验结果表明：试件腹板墙发生剪切破坏;当设计轴压比由0.3提高至0.6时,试件的受剪承载力略有提高,极限位移角减小约20%;在轴压比相同和腹板墙含钢率相近的情况下,外包钢板混凝土墙的变形能力比内嵌钢板混凝土墙大约20%;采用竖向加劲肋-缀条拉结代替栓钉-对拉螺栓连接,外包钢板混凝土墙的受剪承载力差异不大,但变形能力显著增大。对国内外46个钢板混凝土墙试验数据的分析表明,按中国规程 JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》计算得到的受剪承载力平均为试验值的78%,计算公式偏于安全;而美国规范AISC 341-10和欧洲规范Eurocode 8的计算公式仅考虑钢板的抗剪贡献,计算值仅为试验值的51%,严重低估了钢板混凝土墙的受剪承载力。对大量剪力墙试验数据的分析表明,钢板混凝土墙的剪切变形能力显著优于钢筋混凝土墙和钢骨混凝土墙。     

钢混凝土组合结构发展综述

对钢骨混凝土结构、组合梁、压型钢板与混凝土组合板、钢管混凝土结构等几种常见的钢混凝土组合结构作了介绍,并综述了几种组合结构近年来的发展及应用情况,为组合结构的进一步研究奠定了基础。     

隧道模房屋结构的建筑特点及抗震研究进展

隧道模房屋结构在欧洲是一种比较流行的结构体系.介绍了这种结构体系在经济、施工安装等方面的优点,叙述了现浇钢筋混凝土剪力墙、楼板及外挂板等结构体系的特点和构造方法,介绍了这种结构体系的传力方式,以及这种体系抗震性能的优缺点和存在问题,目的就是对中国建设隧道模房屋结构起一定的推动作用.     

钢纤维混凝土施工技术在路桥施工中应用

随着我国社会经济的不断发展进步,城市建设的进程也不断加快,与此同时公路和桥梁的建设步伐也得到了飞速的发展,这种现状也对建筑材料提出了更高的要求。近几年来,钢纤维混凝土在路桥施工中的应用也越来越广泛。钢纤维混凝土是一种新型优质水泥复合材料,这种材料与普通混凝土相比,具有以下几个方面的优点:施工简易方便、价格低廉、性能强等。本文主要从钢纤维混凝土的性能为出发点,进而研究钢纤维混凝土在路桥施工中的相关的技术应用。     

承插式预制钢板组合剪力墙抗震性能及其工程应用

传统钢板组合剪力墙在施工时，湿作业量大、施工效率低、环境污染严重。研发了承插式预制钢板组合剪力墙（简称为承插式预制剪力墙），在工厂预制钢板组合剪力墙构件，在施工现场采用高强螺栓连接和后注浆工艺直接拼装，有效提高装配效率。以承插式预制剪力墙为研究对象，介绍其工厂预制、现场拼装的方式，并对该剪力墙水平拼缝的构造，以及承插式预制剪力墙的抗震性能进行研究；同时，将承插式预制剪力墙结构体系应用于高层住宅结构中。研究表明：承插式预制剪力墙具有良好的承载力、刚度，是一种抗震性能优越的剪力墙；该类墙体的水平接缝满足等强度设计原则；与混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑结构相比，承插式预制剪力墙结构体系应用于高层住宅建筑时，综合效益更好。     

ABAQUS在钢板一混凝土复合材料结构中的应用

用ABAQUS有限元软件对钢板-混凝土复合材料进行了仿真模拟，通过不同工况的计算对比，显示出钢板-混凝土复合材料的优点，验证了在保证钢板与混凝土梁协同工作条件下，采用该结构的可行性。     

《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38:2004)介绍

对《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS3 8:92 )作了全面修订,编制成《纤维混凝土结构技术规程》(CECS3 8:2 0 0 4)。新规程增补了合成纤维混凝土的有关设计与施工的内容;钢纤维品种中淘汰了低强圆直型纤维、碳钢熔抽型纤维,新增了高强钢丝切断型、铣削型、剪切异型和低合金钢熔抽型纤维;混凝土的强度等级由CF2 0～CF40扩大到CF80 ,并考虑了钢纤维对中低强度和高强度混凝土增强作用的不同,分别给出了有关材料性能和各项构件设计的影响系数;在隧洞支护与衬砌和工业建筑地面设计中引入了考虑钢纤维混凝土韧性的设计概念;增补了钢纤维增强屋面板、承台、牛腿、深梁、码头铺面、桥面、桥梁结构、水工结构、层布式复合路面等领域有关的设计施工内容。