钢混组合结构在房屋建筑中的应用分析

钢混组合结构在房屋建筑中的应用分析

任子良,杨明鑫,黄伟

中建八局第一建设有限公司  山东省  济南市  250014

摘要：在我国技术水平不断提升的背景下，因钢混组合结构可以发挥混凝土与钢材的优势，并通过自身强大的力学性能，被广泛应用于房屋建筑中，同时混凝土和钢梁之间的连接需要钢混组合结构中的栓钉作为重要的传力部件，在动载作用下钢混组合结构连接极易发生滑移损伤，所以就出现了一种钢混组合结构连接滑移损伤检测这一技术方法。

关键词：房屋建筑；钢混组合；应用分析

    将钢筋混凝土与钢材组合在一起就构成了新型的钢混组合结构，而混凝土与钢梁利用剪力键进行连接，所以钢混组合结构兼具两者优势。在房屋建筑中存在许多房屋结构方面的问题，需要全面研究与应用房屋新材料与新技术，我国已将新型建筑体系纳入高新发展的技术领域中，目前钢混组合结构已成为房屋结构中最适用的创新体系。

1.钢混组合结构工程概况

钢混组合结构是由构件中的混凝土承受压力、钢筋承受拉力，组合后便形成钢筋混凝土构件力学性能。其中受力的传导过程是板上与板荷载传到梁上，梁上与梁荷载传到剪力墙与柱上，这是一个自上而下的过程，剪力墙是抗剪与受压一体的构件，混凝土柱是受压构件，混凝土梁与板是受弯构件。

以某市钢混组合结构形式的住宅施工为例，在该项目中住宅地上30楼，层高3.4m，以钢梁、剪力墙与型钢柱结构为主，楼层平面不规则，结构形式比较复杂，表现为混凝土梁、钢筋桁架板、钢楼梯、钢梁、劲性梁等。

2.钢混组合结构的设计原则

钢混组合结构通常采用框架结构体系，高层建筑还要考虑到水平侧荷载与竖向荷载两个方面。钢混组合梁适用于房屋建筑中，它可以利用剪力连接件将混凝土板与钢梁有机结合起来，混凝土翼缘交界面和剪力连接件传递钢梁上的剪力，保证其能够相互配合、共同工作，钢梁受拉混凝土受压，符合物尽其用原则。因刚度有所增加，组合梁要比全钢梁的截面高度小很多，混凝土板作为组合梁的连续侧向支撑，能够提升钢梁的局部稳定性与整体稳定性。桁架、箱形梁、混凝土翼缘等皆为楼板，可用作叠合板、现浇、压型钢板、预制板等形式。在现浇过程中，钢梁可用作纵向模板，不仅效率高还操作简便。压型钢板最为常用，可作为楼板，但需要特别注意的是钢混组合梁中剪力连接件，它的设计十分重要，应充分考虑到滑移效应对强度的影响。虽然钢混组合结构具有良好的防锈性能与防火性能，但依旧较为薄弱，当前钢材防锈的技术手段已逐渐趋于成熟，大部分涂料防锈期限通常能达到30a左右，在房屋建筑中应采取防火与防锈措施[1]。

3.钢混组合结构在房屋建筑中的应用分析

3.1房屋建筑中钢混组合结构及连接的检测内容

首先，检测支撑的尺寸、使用材料、构造方式与连接形式，连接用预埋件的锚固、尺寸与构造，观察钢筋加密区与钢筋滑移情况，检查伸缩缝的性能是否完好、设置是否合理等。其次，检侧平、立面与墙体布置的规则性，有无较大洞口、错层，以及同层楼板标高与立面高度变化等情况。同时，还要对混凝土构件连接节点等隐蔽部位的搭接长度与钢筋配置进行检测，倘若无法通过仪器进行检测，可按照房屋的工艺、标准图集、设计图纸等进行综合判断与分析。对于无法判断且无资料进行查询的可采用剔凿法进行破损检测，但前提是所检测的部位应具有代表性，在不影响结构安全的基础上抽取相应数量的试块进行检测。最后，构件尺寸可采用测厚仪进行测量，在测量的过程中应剔除构件表面的抹灰层。

3.2钢混组合结构与构件检测依据

房屋建筑中钢混组合结构与构件检测的依据分别为《建筑变形测量规范》JGJ8、《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344、《混凝土中钢筋检测技术规程》、《电磁感应法检测钢筋保护层厚度与钢筋直径技术规程》等。

建筑整体结构变形应结合现场房屋歪闪程度与外形的变化，按照鉴定需要对房屋局部倾斜或结构进行总体检查。

3.3钢混组合结构连接检测

如上所述，钢混组合结构在不利环境与动荷载下容易产生开裂与滑移致使结构破坏，界面滑移会对钢混组合结构造成极大的危害，所以大部分学者开展了与界面滑移损伤检测相关的研究。栓钉连接件是剪力键的一种，栓钉连接件是利用在钢梁上根据某个长度垂直焊接栓钉传递混凝土快与钢梁之间的剪力，具有高刚度与高强度等优点，被应用于不同钢结构工程中。比如，孙曼等人采用光纤光栅传感技术完成了钢混组合桥面板模型界面滑移损伤检测，研究发现：直到疲劳试验结束，模型依旧处于弹性阶段，传感器部位无滑移损伤，验证了光纤光栅技术应用于钢混组合结构界面滑移损伤检测的可行性与科学性。再比如，蔡萍等人提出一种以压电波动法为基础的钢管混凝土剖柱界面损伤检测法，并设计了相关的试件模型，通过压电波动方法对试件进行界面损伤检测，研究结果发现此类方法具有可行性与敏感性。

采用压电陶瓷波动法对栓钉进行滑移损伤检测，其原理是将智能骨料和压电陶瓷片放置在待测结构两侧，将放有智能骨料的一侧作为驱动器，充分利用压电材料的逆压电效应，在外界电信号的作用下生成应力波，将放有压电陶瓷片的另一侧作为传感器，使其形成压电材料的正压电效应接收对面的应力波，而后生成相应的电信号，最后利用数据采集板卡上传与保存至电脑。同时还应对比与分析应力波的频率、幅值与相位等性质，初步判断出滑移损伤的发展状况。在实际工作中可以在混凝土块中预先埋置智能骨料发射器发射应力波，通过栓钉与混凝土块传播至粘贴在H型钢上的压电陶瓷传感器，一旦栓钉出现损伤或混凝土出现裂缝就会使应力波减弱，伴随着栓钉的损伤与混凝土块裂缝的逐渐增大，会减小传感器接受的信号。对此，相关人员可综合分析在不同工况下压电传感器接收到的小波包能量与响应信号，并且将结构健康状态与之相比较，就可以判断出结构连接的滑移损伤情况

[2]。

3.3.1试验加载过程分析

本试验需要用到许多加载装置，其中包含力传感器、钢板、钢混组合结构栓钉连接试件、垫块与千斤顶等，选用PZT-5剪切型圆片作为压电陶瓷片，其厚度为1.4mm，直径为7.6mm，采用测力仪进行加载力的测试，使用采集卡进行信号采集与发射，通过百分表对混凝土试块与型钢的滑移量进行测试。在加载初期滑移与荷载成线性变化，伴随着荷载的增大滑移量也逐步增加，增加量普遍较小，这也是因为钢混组合结构内栓钉锚固效果良好，具有较大的抗剪承载能力。在加载的过程中型钢的滑移量不断增加，裂缝率不断提升，指导混凝土粘结界面与型钢的翼缘发生脱离，与此同时混凝土也产生剪切类裂缝，最后混凝土的裂缝逐渐倾斜发生斜向劈裂，最大裂缝宽度约为2mm。型钢在荷载作用下栓钉与型钢一同向下移动，当荷载利用型钢将力传递到栓钉焊缝时，受弯矩作用栓钉会把荷载施加给混凝土，让混凝土在受压的同时发生变形，也正是因为混凝土的存在约束了栓钉变形。

3.3.2小波包能量分析

通过引入小波包能量对传感器所采集到的信号进行量化分析，得出栓钉滑移损伤期间受到信号能量的变化情况，分析与建立接收信号的能力指数。钢混结构在健康状态下信号传递的损失越少，小波包能力就越高，当结构内部损伤扩大时，信号的传递顿时就会逐渐增加，从而降低小波包能量，最后按照小波包能量值变化情况对结构损伤情况进行判断。

结语

高层建筑越来越普遍，钢混组合结构形式终将成为未来房屋建筑的主流趋势。钢混组合结构能够充分发挥其自身的力学性能，取决于钢混组合结构能否良好的连接，通过栓钉连接可以让钢材和混凝土共同受力，充分发挥两者的优势。在荷载作用下混凝土和栓钉剪力键的连接部位极易发生剪切裂缝与滑移等损伤，所以对钢混组合结构连接进行检测非常重要。

参考文献：

[1]童继魁.钢混组合结构梁柱节点施工工艺与质量控制[J].居业,2022(02):22-24.

[2]蒋田勇,吴海军,黄天皓.钢混组合结构PBL剪力键滑移损伤监测试验研究[J].长沙理工大学学报(自然科学版),2020,17(04):23-31.