装配式组合梁的研究与应用现状

徐敬达 张云龙 王 静

（1长春宇都建设投资有限公司， 吉林 长春 130051；2吉林建筑大学， 吉林 长春 130118）

0 引言

国务院总理李克强2016年9月14日主持召开国务院常务会议，会议“决定大力发展装配式建筑，推动产业结构调整升级。按照推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的要求，大力发展钢结构、混凝土等装配式建筑，具有发展节能环保新产业、提高建筑安全水平、推动化解过剩产能等一举多得之效。用适用、经济、安全、绿色、美观的装配式建筑服务发展方式转变、提升群众生活品质。”

2016年9月，国办发〔2016〕71号《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，提出牢固树立创新、协调、绿色、开放和共享的发展理念。吉林省为全面贯彻落实《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》（中发〔2016〕6号）和（国办发〔2016〕71号）精神，推动我国建筑结构物的建造方式创新，应在建筑结构着力发展装配式钢结构和现代木结构，同时大力开发装配式混凝土结构，不断提高装配式建筑在全省新建建筑中的比例。吉林省在推进装配式建筑的过程中，把钢结构和现代木结构作为重要抓手，初步预期到2020年，新建装配式建筑总面积至少达到300万平方米。力争用10年时间使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到 30%。鼓励和引导设计、开发、生产、施工企业与相关院校、科研院所广泛合作，建立产、学、研、用相结合的协同创新机制，全面提升自主创新能力。因此，研究装配式钢-混凝土组合梁设计和施工的关键技术，对于推进吉林省装配式钢结构的推广和应用是十分有必要的。

1 装配式建筑的国内外发展现状与趋势

钢-混凝土组合梁以其独特的材料布置方式，良好的社会经济效益，从 1940年代开始应用于工程结构建设领域，逐步显示出其广阔的应用范围。从钢-混凝土组合梁的出现到大量使用，大致经历了以下三个发展阶段：

第一阶段从上个1920年代开始，人们在工业与民用建筑中，为了增强钢结构的耐火性能，采取在钢梁外面包裹混凝土来进行防护，并未考虑两者的叠合效应，之后，人们在1920年代-1930年代逐渐开始在钢梁和外包混凝土的交界处添加各种不同形式的连接件，以便于外包的混凝土也能够参与受力，开始形成了真正意义上的组合梁。

第二个阶段大约为1940年代-1960年代。人们开始对钢-混凝土组合梁进行全面细致的研究，逐渐完善了二者之间组合效应。钢-混凝土组合梁的设计理论逐步从“弹性理论分析”发展成为“塑性理论分析”。

第三阶段大约从1970年代开始，组合梁的理论计算和应用推广得到较大的重视，并逐渐作为一种独立的结构形式应用于土木建筑领域。组合梁的发展和使用程度几乎和钢结构相当，并在个别领域内存在取代钢结构或钢筋混凝土结构的趋势。

在组合梁研究方面，国内外学者的主要研究了钢梁与混凝土顶板交界面的连接方式，即剪力连接件的种类、构造和设计方法研究。针对剪力连接件的构造形式[1]，交界面剪切滑移的试验研究和理论推导[2]，考虑剪力连接程度后组合梁的承载能力预测与计算[3]，针对常见剪力连接件—栓钉的研究主要有，Kuhlmann等[4]指出栓钉的竖向布置方式和水平布置方式对组合梁交界面的抗剪性能有较大的影响，当剪力钉水平布置时对组合梁交界面抗剪承载力的贡献较大，而且交界面抗剪极限承载能力与栓钉至混凝土边缘的距离有关。国内外有关学者对考虑交界面滑移效应的组合梁变形及应力计算进行了大量研究[5]，其中在组合梁的静力响应研究方面，大部分研究热点为解析解的推导，或采用大型有限元软件按照三维建模的思想进行数值仿真模拟。近期的研究热点还扩展到了组合梁的动力响应和损伤识别领域[6]，随着组合梁的大量应用和推广，也有学者开始对加固组合梁的领域有所涉猎[7]。

随着我国建筑行业的快速发展，各种结构工程均进入了成熟的发展阶段，各种工程的建设在不同领域均趋向于“轻型化”和“装配化”，这一趋势在我国道路桥梁建设领域也得到了广泛的关注和发展。从这一发展趋势上分析，装配式钢—混凝土组合梁桥是实现“轻型化”和“装配化”的最优结构形式。在西方发达国家，装配式组合梁的发展较早，已经获得了大量的实际使用经验和施工标准，形成了较为完整的装配化施工、设计指南[8]。上述成果对我国开展其装配式组合梁的应用和推广奠定了较为可靠的基础，但仍需建立适应我国国情的施工标准和设计指南。

2 装配式组合梁的技术需求。

随着我国对绿色装配式结构的推进，钢-混凝土组合梁必然将在我国公路及城市交通系统基础建设中的比重越来越大，为了施工标准化，减少施工时间，保证施工质量，尤其是跨线桥需要阻断交通时，装配式组合梁是最佳选择，行业亟需拼装节点的可靠设计及标准化施工方案。围绕上述现状，应着力推进以下几个方面的工作：

（1）装配式组合梁预制块件的划分原则与方法，形成统一的施工标准和设计指南；

（2）建立装配式组合梁交界面连接的可靠方式和计算方法；

（3）提供装配式组合梁桥上部结构横向联系的设计理论与施工方法