新型双钢板-混凝土组合结构创新、实践与理论

双钢板-混凝土组合结构是近年来发展的一种新型结构，其通常由两片外包钢板与夹芯混凝土组成。双钢板-混凝土组合结构具有施工简单、节省模具与人力、抗冲击、抗爆性能优越等优势，因而为发展高性能工程结构提供了更多选择。双钢板-混凝土组合结构作为高性能结构构件在近海及土木工程设施中已有一定应用并呈现出广泛工程应用潜力，如建筑结构剪力墙（江苏盐城电视塔）、沉管隧道（港珠澳大桥沉管隧道节段）、新一代核电站、防护结构、极地采油平台防冰墙及盾构隧道衬片等。近年来，我国在基础设施领域的快速发展，为双钢板-混凝土组合结构应用提供了充足发展空间，同时也带来了全新挑战。

常见的双钢板-混凝土组合结构及剪力连接件

双钢板-混凝土组合结构的一些典型用途

双钢板-混凝土组合结构源于钢结构及混凝土结构，但同时显著不同于上述两种传统结构。因此，针对该新型结构研究须从基础做起，以为后续工程应用提供技术成果支持。国外从20世纪70年代开始将双钢板-混凝土组合结构应用于深海原油储运、沉管隧道、核电等工程领域；2000年后，国内学者将双钢板-混凝土组合结构应用于高层建筑墙、核电墙体、隧道等工程结构中。国内外研究内容主要集中于双钢板-混凝土组合结构正截面受弯、斜截面受剪、受面外冲剪，双钢板-混凝土组合剪力墙水平受剪、抗冲击及抗爆性能等方面。由于双钢板-混凝土组合结构采用的钢-混凝土连接形式不同，国内外针对双钢板-混凝土组合结构研究成果呈现出一定差异性，难以做到工程结构与分析的通用性。同时，由于双钢板-混凝土组合结构自身的新颖性，目前有限的研究成果难以预测其在各种荷载作用下的破坏机理。因此，有必要针对该种结构开展相关理论及试验研究，并发展新的分析与设计方法。

本书从提出一种基于新型槽钢连接件的双钢板-混凝土组合结构开始，围绕新型槽钢连接件受剪、双钢板-混凝土组合梁受弯、双钢板-混凝土组合板受冲剪、双钢板-混凝土组合剪力墙抗震等性能进行阐述。本书重点阐述基于新型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构在上述不同工况下的破坏机理与性能分析，并发展了相关理论及数值分析模型，便于相关研究人员及工程设计人员在进行该新型双钢板-混凝土组合结构设计与分析时参考。

本书旨在研发一种采用新型剪力连接件双钢板-混凝土组合结构。所研发新型剪力连接件需满足：①提供较强的沿钢-混凝土组合界面抗剪承载力及抵抗滑移能力；②提供直接连接措施连接两片外包钢板，并提供较强的抗拉拔承载力，从而提高双钢板-混凝土组合结构斜截面抗剪及抗冲剪承载力；③两片外包钢板的拉结连接可以从钢腔体外施工完成，从而避免在两片钢板形成的钢腔体内狭窄空间完成；④与激光或摩擦焊接相比，能显著降低工程造价。

基于以上考虑，本书作者提出了采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构，如下图所示。在新型加强型槽钢连接件中，槽钢连接件一端翼缘通过角焊缝连接到外包钢板，另一侧通过单边螺栓/普通螺栓从钢腔体外部连接，避免通过核心混凝土而直接连接两片外包钢板，从而提供较高的受剪及受拉承载力。

采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构

基于上述研究发明，迫切需要一系列工作以推动采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构在工程中的应用。为实现这一目标，作者及课题组成员对采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构组件及构件的力学性能开展了一系列研究工作与探索，具体包括以下五个方面。

1）加强型槽钢连接件受剪性能研究。加强型槽钢连接件受剪性能决定外包钢板与核心混凝土之间的滑移性能、结构组合效应、正截面受弯承载力等，从而进一步影响双钢板-混凝土组合梁、板、墙等受弯性能，并发展了加强型槽钢连接件受剪承载力及剪力-滑移理论分析模型。

2）采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁弯剪性能研究。采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁受弯性能对于研究该型结构单向板及双向板受弯承载力等均具有重要作用；该型梁受弯性承载力影响双钢板-混凝土组合墙偏压性能；采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁受剪性能对于斜截面受剪承载力研究具有重要意义；发展加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁受弯剪理论分析模型。

3）采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合墙轴压性能研究。研究该型墙体轴压性能，发展加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合墙受压承载力。

4）采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合墙抗震性能研究。研究该型墙体在水平循环荷载作用下的抗震性能，发展加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合墙受剪理论分析模型，并提出设计方法。

5）采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合墙在面外集中荷载作用下的受冲剪性能研究。研究采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合墙面外集中荷载作用下的冲剪性能，发展该型墙受面外冲剪理论分析模型，并提出相应设计方法。

为达成以上研究目标与内容，作者及课题组成员对上述几个问题的研究经历了以下三个研究阶段：

1

在国内外对双钢板-混凝土组合结构研究的基础上，开展了新型采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土结构构件试验。

2

在国内外对双钢板-混凝土组合结构理论研究的基础上，发展了新型采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土结构构件力学性能分析模型及部分构件有限元数值分析模型。

3

将上述步骤中的研究成果进一步实用化，提出以理论分析与数值分析为基础的使用计算方法。

本书作者在采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构方面取得了一系列阶段性成果，均发表于国内外重要学术期刊。这些成果奠定了采用加强型槽钢连接件双钢板-混凝土组合结构的研究基础。本书将详细阐述作者及课题组成员在这一课题中取得的阶段性进展。

新型双钢板-混凝土组合结构创新、实践与理论

王涛，严加宝 著

北京：科学出版社，2023.1

ISBN 978-7-03-069472-0

责任编辑：任加林

↑点击图片 购买本书↑

本书总结了作者近年来双钢板-混凝土组合结构相关研究成果。本书从工程出发，通过试验研究、理论及数值分析，对新型加强型槽钢连接件受剪，采用该新型连接件的双钢板-混凝土组合梁受弯、组合板受冲剪、组合剪力墙抗震等力学机理进行全面系统的阐述，并针对该新型双钢板-混凝土组合结构正截面受弯、斜截面受剪、受面外冲剪、受压及受剪等承载力提出了实用设计计算方法。

本书主要内容为基础性研究成果，可为从事双钢板-混凝土组合结构的研究人员、工程技术人员提供参考。

（本期编辑：王芳）

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学