外包U形鋼混凝土組合梁承載力計(jì)算研究

林彥，周學(xué)軍

（山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101）

外包U形鋼混凝土組合梁承載力計(jì)算研究

林彥，周學(xué)軍

（山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101）

外包U形鋼混凝土組合梁是一種新興的組合梁形式，該組合梁承載力的計(jì)算是組合梁應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。文章基于塑性理論和疊加原理對(duì)完全抗剪連接外包U形鋼混凝土組合梁正、負(fù)彎矩作用下的極限受彎承載力、豎向抗剪承載力以及縱向抗剪和縱向抗滑移承載力的計(jì)算進(jìn)行理論研究，探討組合梁各承載力的計(jì)算方法，建立了相應(yīng)承載力的計(jì)算公式，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了公式的適用性。結(jié)果表明：提出的極限受彎承載力計(jì)算公式可以較好地預(yù)測(cè)組合梁的受彎承載力；組合梁豎向抗剪承載力的計(jì)算為U形鋼側(cè)板和U形鋼內(nèi)混凝土兩部分承載力的疊加；提出的組合梁縱向抗剪和縱向整體抗滑移的計(jì)算方法和公式，能保證組合梁在彎曲破壞之前不會(huì)發(fā)生縱向水平剪切破壞和縱向整體滑移破壞。

外包U形鋼混凝土組合梁；承載力；完全抗剪連接

0 引言

外包U形鋼混凝土組合梁是指將鋼板焊成或冷彎成U形截面，然后在U形鋼內(nèi)部及上翼緣上部澆筑混凝土，并通過(guò)抗剪連接件將T形截面混凝土與外包U形鋼連接在一起形成的組合梁［1］。與鋼筋混凝土梁相比，外包U形鋼混凝土組合梁的外包鋼板可作為組合梁的受力鋼筋，這樣不僅省去了鋼筋綁扎等相關(guān)工藝，而且便于梁內(nèi)混凝土的澆搗，同時(shí)外包U形鋼有效地改善了梁的延性，提高了梁的抗震性能，并且還可作為梁內(nèi)及翼板混凝土的澆筑模板，從而節(jié)省支模工序，縮短施工周期。與鋼梁相比，外包鋼內(nèi)填充的混凝土不僅有效增加了梁的截面剛度，防止外包鋼梁發(fā)生局部失穩(wěn)，提高了梁的穩(wěn)定承載力，而且梁內(nèi)混凝土還可吸收熱量，提高梁的耐火極限。由此可見(jiàn)，外包U形鋼混凝土組合梁具有優(yōu)越的力學(xué)性能，具備良好的發(fā)展前景。

近年來(lái)，隨著組合結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，外包U形鋼混凝土組合梁越來(lái)越受到工程界的關(guān)注［2-3］。Nakamura基于試驗(yàn)研究，分析了U型鋼肋部混凝土和翼板混凝土對(duì)組合梁受力性能的影響，結(jié)果表明U型鋼內(nèi)的混凝土可顯著提高組合梁的承載能力和變形能力［4］。林于東等進(jìn)行了12根帽型冷彎薄壁型鋼—混凝土組合梁的試驗(yàn)研究，研究了組合梁的受彎承載力，并且基于面積等效原則，推導(dǎo)了組合梁開(kāi)裂彎矩和極限彎矩的計(jì)算公式［5］。張耀春等對(duì)6根由冷彎薄壁Z型鋼或C型鋼組合而成的外包U型鋼混凝土組合梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析，研究了組合梁的破壞形態(tài)以及外包鋼與混凝土之間的粘結(jié)性能［6］。杜德潤(rùn)、陳麗華、石啟印等對(duì)由厚鋼板與冷彎薄壁型鋼側(cè)板組合而成的上翼緣內(nèi)翻外包U形鋼—混凝土組合梁進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，探討了組合梁的破壞形態(tài)、應(yīng)力分布規(guī)律，研究了不同抗剪連接程度的外包鋼與混凝土之間的滑移規(guī)律［7-10］。周學(xué)軍等對(duì)不同抗剪連接措施的外包U形鋼混凝土組合梁進(jìn)行了研究，結(jié)果表明完全抗剪連接組合梁的力學(xué)性能明顯優(yōu)于部分抗剪連接組合梁［11］。

目前，雖然關(guān)于外包鋼—混凝土組合梁的研究已相繼展開(kāi)，但是還不夠成熟，沒(méi)有形成相對(duì)完善的理論體系，對(duì)其承載力缺乏深入系統(tǒng)的研究。因此，首先采用塑性理論對(duì)完全抗剪連接外包U形鋼混凝土組合梁正、負(fù)彎矩作用下的受彎承載力進(jìn)行研究，建立相應(yīng)承載力的計(jì)算公式，并與已有的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析組合梁承載力理論計(jì)算公式的適用性；然后基于疊加原理，探討外包U形鋼混凝土組合梁豎向受剪承載力、縱向抗剪及抗滑移承載力的組成，并提出相應(yīng)的計(jì)算方法。

1 組合梁正彎矩作用下的極限受彎承載力計(jì)算

1.1 基本假定

在正彎矩作用下，外包U形鋼混凝土組合梁上部混凝土翼板受壓，下部鋼底板受拉。已有試驗(yàn)研究結(jié)果表明，極限狀態(tài)下翼板混凝土被壓碎，外包鋼截面大部分達(dá)到屈服［12-13］，因此可根據(jù)塑性理論研究外包U形鋼混凝土組合梁的極限受彎承載力，其基本假定為

（1）在整個(gè)加載過(guò)程中，外包鋼與混凝土共同工作、協(xié)調(diào)變形，截面彎曲變形后仍然保持為平面；

（2）截面應(yīng)變符合平截面假定，即應(yīng)變沿截面高度線性變化；

（3）極限狀態(tài)下，外包U形鋼均勻受拉或受壓，其受拉區(qū)或受壓區(qū)的應(yīng)力全部達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度；

（4）極限狀態(tài)下受壓區(qū)混凝土曲線應(yīng)力圖形用等效矩形應(yīng)力圖形代替；

（5）不考慮受拉區(qū)混凝土的作用。

1.2 極限受彎承載力計(jì)算

根據(jù)塑性中和軸在截面的不同位置，分別研究外包U形鋼混凝土組合梁正彎矩作用下的極限受彎承載力。

（1）塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)

當(dāng)截面塑性中和軸位于混凝土翼板內(nèi)時(shí)，截面應(yīng)力分布如圖1所示，此時(shí)滿(mǎn)足式（1）為

式中：fy為U形鋼的屈服強(qiáng)度，N/mm2；b1為U形鋼上翼緣外翻的寬度，mm；t為U形鋼的壁厚，mm；Aw為U形鋼兩側(cè)側(cè)板的總面積，mm2；Ab為U形鋼底板面積，mm2；α為混凝土等效矩形應(yīng)力圖形的應(yīng)力值系數(shù)，按照GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［14］（混設(shè)規(guī)范）取值；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，N/mm2；bf為混凝土翼板的有效寬度，mm；hf為混凝土翼板的厚度，mm。

圖1 正彎矩作用下塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)的組合梁截面應(yīng)力分布圖

根據(jù)內(nèi)力平衡原理，混凝土等效受壓區(qū)高度x和組合梁極限受彎承載力Mu由式（2）和（3）表示為

式中：h為組合梁截面高度，mm；hw為U形鋼側(cè)板高度，mm。

（2）塑性中和軸在外包鋼側(cè)板內(nèi)

當(dāng)截面塑性中和軸位于外包鋼側(cè)板內(nèi)時(shí)，截面應(yīng)力分布如圖2所示，此時(shí)滿(mǎn)足式（4）為

圖2 正彎矩作用下塑性中和軸在外包鋼側(cè)板內(nèi)的組合梁截面應(yīng)力分布圖

根據(jù)內(nèi)力平衡原理，實(shí)際受壓區(qū)高度xc和組合梁極限受彎承載力Mu分別由式（5）和（6）表示為

式中：β為等效矩形應(yīng)力圖形的高度系數(shù)，按照混設(shè)規(guī)范取值；b為U形鋼底板寬度，mm。

1.3 理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

基于外包U形鋼混凝土組合梁試驗(yàn)的研究［15］，運(yùn)用上述公式對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行極限受彎承載力計(jì)算，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證公式的適用性。

根據(jù)抗剪連接件的不同，進(jìn)行了兩組簡(jiǎn)支外包U形鋼混凝土組合梁試件靜力性能試驗(yàn)研究，一組抗剪連接件為角鋼，另一組抗剪連接件為栓釘＋內(nèi)隔板。試驗(yàn)結(jié)果表明，以栓釘＋內(nèi)隔板為抗剪連接件的組合梁共同工作良好，可以視為完全抗剪連接。因此文中以栓釘＋內(nèi)隔板為抗剪連接件的3個(gè)組合梁試件為例，說(shuō)明理論與試驗(yàn)的對(duì)比情況。

各組合梁試件的尺寸和相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，截面如圖3（a）所示，試驗(yàn)試件如圖3（b）所示。各試件梁內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

表1 組合梁試件尺寸和參數(shù)/mm

圖3 外包U形鋼混凝土組合梁示意圖

試驗(yàn)加載采用三分點(diǎn)對(duì)稱(chēng)加載，即在梁的跨度處由量程為200 t的兩個(gè)千斤頂施加豎向荷載。為了使荷載能夠均勻地分配到組合梁翼板上，在千斤頂下端設(shè)置了橫向分配梁。加載模式及實(shí)際加載分別如圖4和5所示。

圖4 加載模式示意圖

圖5 實(shí)際加載圖

各外包U形鋼混凝土組合梁試件的破壞形態(tài)均表現(xiàn)為梁跨中截面翼板混凝土被壓碎，梁跨中撓度急劇增大。此時(shí)，U形鋼底板及側(cè)板均達(dá)到屈服。在整個(gè)加載過(guò)程中，各試件外包U形鋼與T形混凝土之間以及翼板混凝土與U形鋼外伸上翼緣之間均沒(méi)有觀察到滑移現(xiàn)象，試件破壞形態(tài)如圖6所示。

圖6 試件破壞形態(tài)圖

外包U形鋼混凝土組合梁跨中截面極限受彎承載力理論計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較見(jiàn)表2。

表2 極限受彎承載力理論計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較

由表2可知，運(yùn)用文中公式得出的正彎矩作用下組合梁極限受彎承載力的計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好。

2 組合梁負(fù)彎矩作用下的極限受彎承載力計(jì)算

2.1 基本假定

外包U形鋼混凝土組合梁在負(fù)彎矩作用下，混凝土翼板受拉，U形鋼底板受壓，因此在混凝土翼板內(nèi)需設(shè)置縱向受拉鋼筋承擔(dān)拉力。雖然鋼板受壓，但由于梁內(nèi)混凝土的作用，外包鋼不會(huì)發(fā)生局部失穩(wěn)和整體失穩(wěn)。已有試驗(yàn)研究結(jié)果表明，對(duì)于翼板內(nèi)配置適量負(fù)彎矩鋼筋的組合梁，極限狀態(tài)下翼板混凝土被壓碎，翼板內(nèi)的負(fù)彎矩鋼筋和外包鋼截面大部分達(dá)到屈服［8］，因此仍采用塑性理論研究負(fù)彎矩作用下組合梁的極限受彎承載力，其基本假定除了包括正彎矩作用下組合梁受彎承載力的基本假定外，還應(yīng)包括混凝土翼板內(nèi)的縱向受拉鋼筋達(dá)到鋼筋屈服強(qiáng)度的假定。

2.2 極限受彎承載力計(jì)算

根據(jù)塑性中和軸在截面的不同位置，分別研究外包U形鋼混凝土組合梁負(fù)彎矩作用下的極限受彎承載力。

（1）塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)

當(dāng)截面塑性中和軸位于混凝土翼板內(nèi)時(shí)，截面應(yīng)力分布如圖7所示，此時(shí)滿(mǎn)足式（7）為

式中：fsy為縱向受力鋼筋屈服強(qiáng)度，N/mm2；A′s為混凝土翼板有效寬度內(nèi)的縱向受拉鋼筋截面面積，mm2。

圖7 負(fù)彎矩作用下塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)的組合梁截面應(yīng)力分布圖

根據(jù)內(nèi)力平衡原理，混凝土等效受壓區(qū)高度和組合梁極限受彎承載力Mu分別由式（8）和（9）表示為

式中：h0為截面有效高度，即縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)到U形鋼底板外表面的距離。另外，在計(jì)算組合梁極限受彎承載力Mu時(shí)，式（9）未考慮受壓區(qū)外包鋼側(cè)板外的混凝土翼板作用，主要是考慮到混凝土翼板的受壓高度較小，加之僅限于翼板的外伸部分，因而受力面積很小，可忽略對(duì)受壓區(qū)合力的貢獻(xiàn)作用。

（2）塑性中和軸在外包鋼側(cè)板內(nèi)

當(dāng)截面塑性中和軸位于外包鋼側(cè)板內(nèi)時(shí)，截面應(yīng)力分布如圖8所示，此時(shí)滿(mǎn)足式（10）為

圖8 負(fù)彎矩作用下塑性中和軸在外包鋼側(cè)板內(nèi)的組合梁截面應(yīng)力分布圖

根據(jù)內(nèi)力平衡原理，實(shí)際受壓區(qū)高度xc和組合梁極限受彎承載力Mu分別由式（11）和（12）表示為

2.3 理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

基于陳麗華等完成的外包U形鋼混凝土組合梁靜力試驗(yàn)［8］，驗(yàn)證上述提出的負(fù)彎矩作用下組合梁極限受彎承載力公式的適用性。

陳麗華等進(jìn)行了2個(gè)負(fù)彎矩作用下組合梁試件的靜力試驗(yàn)。組合梁試件的截面如圖9所示，試件尺寸和相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。各組合梁內(nèi)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

試驗(yàn)加載采用單點(diǎn)加載，即在梁的跨中處由量程為100 t的千斤頂自下向上施加反向的豎向荷載。加載模式及實(shí)際加載裝置分別如圖10和11所示。

圖9 試件截面圖

表3 試件參數(shù)

圖10 加載模式示意圖

圖11 實(shí)際加載圖

各試驗(yàn)試件破壞時(shí)，梁跨中截面的撓度急劇增大。此時(shí)，外包U形鋼兩側(cè)板和底板屈服，混凝土翼板內(nèi)抵抗負(fù)彎矩的縱向受力鋼筋大部分達(dá)到屈服。

由于試驗(yàn)試件的外包鋼腹板與底板厚度不統(tǒng)一，在利用上述公式計(jì)算組合梁極限受彎承載力時(shí)，需將其分開(kāi)計(jì)算。負(fù)彎矩作用下組合梁跨中截面極限受彎承載力理論計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較見(jiàn)表4。

表4 極限受彎承載力理論計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較

由表4可知，運(yùn)用文中公式得到的理論計(jì)算值大于試驗(yàn)值，這是因?yàn)樵囼?yàn)試件破壞時(shí)，混凝土翼板中的部分縱向受力鋼筋未完全受拉屈服，因此試驗(yàn)測(cè)得的極限受彎承載力小于理論值。但總體來(lái)說(shuō)，負(fù)彎矩作用下組合梁極限受彎承載力的理論計(jì)算值與試驗(yàn)值相吻合。

3 組合梁豎向受剪承載力計(jì)算

與普通鋼—混凝土組合梁相比，外包U形鋼混凝土組合梁不僅有混凝土翼板、U形鋼梁，而且還有U形鋼內(nèi)部的混凝土。雖然混凝土內(nèi)沒(méi)有箍筋，但是U形鋼對(duì)混凝土有較強(qiáng)的約束作用，使混凝土的抗剪能力提高，因而其豎向抗剪承載力除了需要考慮U形鋼側(cè)板的受剪作用，還應(yīng)考慮U形鋼內(nèi)部素混凝土的受剪作用。文章采用疊加方法將外包U形鋼混凝土組合梁的受剪承載力表達(dá)為U形鋼部分和混凝土部分受剪承載力之和，其計(jì)算式由式（13）表示為

式中：Vcu為U形鋼內(nèi)混凝土的受剪承載力；Vsu為U形鋼兩側(cè)板的受剪承載力。

參照現(xiàn)行混設(shè)規(guī)范受彎構(gòu)件受剪承載力的計(jì)算，U形鋼內(nèi)混凝土的受剪承載力Vcu按式（14）計(jì)算為

根據(jù)純鋼構(gòu)件側(cè)板受純剪情況，U形鋼兩側(cè)板的受剪承載力Vsu計(jì)算式由式（5）表示為

式中：fv為U形鋼的抗剪強(qiáng)度，N/mm2。

4 組合梁的縱向受剪和縱向抗滑移承載力計(jì)算

已有研究結(jié)果表明［7］，外包U形鋼混凝土組合梁存在兩個(gè)薄弱面，一個(gè)薄弱面是混凝土翼板與U形鋼外伸上翼緣及內(nèi)部填充混凝土的交界面，另一個(gè)薄弱面是外包U形鋼內(nèi)側(cè)與T形混凝土的接觸面，因此在荷載作用下，外包U形鋼混凝土組合梁可能發(fā)生縱向水平剪切破壞和縱向整體滑移破壞。為了防止外包U形鋼混凝土組合梁發(fā)生這兩種破壞形式，需對(duì)其縱向受剪承載力和縱向抗滑移承載力進(jìn)行研究。

4.1 組合梁的縱向受剪承載力計(jì)算

外包U形鋼混凝土組合梁由于U形鋼內(nèi)部充滿(mǎn)混凝土，使得混凝土翼板與U形鋼外伸上翼緣及內(nèi)部填充混凝土交界面上的縱向剪力不僅僅是由外伸上翼緣上的抗剪連接件承擔(dān)，而是由抗剪連接件和混凝土交界面共同承擔(dān)。為了使組合梁不發(fā)生縱向剪切破壞，應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足式（16）為

式中：Vs1為剪跨區(qū)內(nèi)混凝土翼板與U形鋼外伸上翼緣及內(nèi)部填充混凝土交界面的縱向剪力為交界面上混凝土本身的抗剪承載力；n1為U形鋼外伸上翼緣抗剪連接件的數(shù)量為U形鋼外伸上翼緣單個(gè)抗剪連接件的抗剪承載力。

（1）Vs1的確定

極限狀態(tài)下，縱向剪力Vs1的確定是取剪跨區(qū)段的混凝土翼板為隔離體，根據(jù)力的平衡條件求得。

①正彎矩區(qū)段當(dāng)塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)時(shí)，混凝土翼板一部分受拉，一部分受壓，忽略受拉混凝土的作用，縱向剪力Vs1與混凝土翼板壓應(yīng)力的合力平衡，根據(jù)圖1所示的截面應(yīng)力分布，Vs1＝fyA，其中A為U形鋼的截面面積，即A＝2b1t＋Aw＋Ab。

當(dāng)塑性中和軸在外包鋼側(cè)板內(nèi)時(shí)，混凝土翼板全部受壓，Vs1＝αfcbfhf。

當(dāng)Vs1、、、按上述方法確定后，可根據(jù)式（16）確定U形鋼外伸上翼緣上的抗剪連接件的數(shù)量n1，即

4.2 組合梁的縱向抗滑移承載力計(jì)算

考慮到U形鋼內(nèi)側(cè)較為光滑，混凝土與其之間的粘結(jié)咬合力不大，因此在計(jì)算外包U形鋼混凝土組合梁T形混凝土與U形鋼之間的整體滑移時(shí)，不考慮混凝土與U形鋼之間的粘結(jié)作用，T形混凝土與U形鋼之間的縱向剪力完全由外伸上翼緣及U形鋼內(nèi)側(cè)的抗剪連接件承擔(dān)。為了使組合梁不發(fā)生整體滑移，應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足式（17）要求為

式中：Vs2為剪跨區(qū)內(nèi)外包鋼內(nèi)側(cè)與T形混凝土接觸面的縱向剪力；n1、同式（16）；n2為U形鋼內(nèi)側(cè)抗剪連接件的數(shù)量；為U形鋼內(nèi)側(cè)單個(gè)抗剪連接件的抗剪承載力。

極限狀態(tài)下，縱向剪力Vs2的確定是取剪跨區(qū)段的U形鋼為隔離體，根據(jù)力的平衡條件求得。

（1）正彎矩區(qū)段

當(dāng)塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)時(shí)，U形鋼全截面受拉，其拉應(yīng)力的合力與縱向剪力相平衡，即Vs2＝fyA。

（2）負(fù)彎矩區(qū)段

當(dāng)塑性中和軸在混凝土翼板內(nèi)時(shí)，U形鋼全截面受壓，其壓應(yīng)力的合力與縱向剪力Vs2向平衡，因此Vs2＝fyA。

4.3 理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

外包U形鋼混凝土組合梁試驗(yàn)試件均按上述方法計(jì)算U形鋼外伸上翼緣和U形鋼內(nèi)抗剪連接件的數(shù)量，即外伸上翼緣設(shè)置Φ19＠325的抗剪栓釘，U形鋼內(nèi)每隔1 m設(shè)置內(nèi)隔板。試驗(yàn)結(jié)果表明：在整個(gè)加載過(guò)程中，各試件外包U形鋼與T形混凝土之間以及翼板混凝土與U形鋼外伸上翼緣之間均沒(méi)有觀察到滑移現(xiàn)象，這說(shuō)明按上述方法計(jì)算組合梁的縱向抗剪和縱向整體抗滑移承載力，能保證組合梁在彎曲破壞之前不會(huì)發(fā)生縱向水平剪切破壞和縱向整體滑移破壞。

5 結(jié)論

通過(guò)上述分析可知：

（1）基于塑性理論建立的外包U形鋼混凝土組合梁正、負(fù)彎矩作用下的極限受彎承載力計(jì)算公式，其理論值與試驗(yàn)值基本吻合，可以較好地預(yù)測(cè)組合梁的受彎承載力。

（2）考慮到梁內(nèi)混凝土受到U形鋼的約束作用，外包U形鋼混凝土組合梁豎向受剪承載力的計(jì)算需要同時(shí)考慮U形鋼側(cè)板和U形鋼內(nèi)部素混凝土的的受剪作用。

（3）提出的組合梁縱向抗剪和縱向抗整體滑移的計(jì)算方法，可避免組合梁在彎曲破壞之前發(fā)生縱向水平剪切破壞和縱向整體滑移破壞。

［1］ 林彥.方鋼管混凝土柱—外包U形鋼混凝土組合梁連接節(jié)點(diǎn)抗震性能研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2016.

［2］ 聶建國(guó)，陶幕軒，黃遠(yuǎn)，等.鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系研究新進(jìn)展［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010，31（6）：71-80.

［3］ 杜德潤(rùn)，李?lèi)?ài)群.外包鋼—混凝土組合梁研究進(jìn)展［J］.建筑技術(shù)，2007，38（9）：701-704.

［4］ Nakamura S.I..Bending behavior of composite girders with cold formed steel U section［J］.Journal of Structural Engineering，2002，128（9）：1169-1174.

［5］ 林于東，宗周紅.帽型截面鋼—混凝土組合梁受彎強(qiáng)度［J］.工業(yè)建筑，2002，32（9）：11-13，59.

［6］ 張耀春，毛小勇，曹寶珠.輕鋼—混凝土組合梁的試臉研究及非線性有限元分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2003，24（1）：26-33.

［7］ 杜德潤(rùn).新型外包鋼—混凝土組合簡(jiǎn)支梁及組合框架試驗(yàn)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2005.

［8］ 陳麗華.新型外包鋼—混凝土組合連續(xù)梁及梁柱節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2005.

［9］ 石啟印，范旭紅，F(xiàn)roncke W..新型U形外包鋼—鋼筋混凝土T形截面組合梁的試驗(yàn)［J］.工程力學(xué)，2007，24（12）：88-92.

［10］任冠宇，石啟印.高強(qiáng)外包鋼—高強(qiáng)混凝土簡(jiǎn)支組合梁受彎性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2015，45（3）：39-43.

［11］Zhou X.J.，Zhang T..Theoretical analysis of shearing capacity of U-section steel-encased concrete composite beams with the full connection design［J］.Applied Mechanics and Materials，2011（94-96）：958-961.

［12］操禮林，石啟印，王震，等.高強(qiáng)U形外包鋼—混凝土組合梁受彎性能［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，49（1）：72-78.

［13］吳波，計(jì)明明.薄壁U形外包鋼再生混合梁受彎性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，35（4）：246-254.

［14］GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［15］Zhou X.J.，Zhang T.，Zhang Y.Z..Calculation and analysis of the deflection of u-section steel-encased concrete composite beams［J］.Advanced Material Research，2011（163-167）：846 -853.

［16］GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

Bearing capacity calculation of U-section steel-encased concrete com posite beam

Lin Yan，Zhou Xuejun
（School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）

As a new type of composite beam，calculating the bearing capacity of U-section steelencased concrete composite beam is the premise and foundation for the application of the beam. According to the plastic theory and the superposition principle，the calculation method of ultimate bending capacity under positive and negative moment，vertical shearing capacity，longitudinal shearing capacity aswell as longitudinal sliding capacity for the beam were theoretically studied，and the calculation formula were established.The results calculated by the formula and the experimental data were compared to prove the applicability of the formula.The results show that the formula can be used to predict the ultimate bending capacity of the composite beam.The vertical shearing capacities for the beam are composed of two parts，one is that of the web for U-section steel，the other is that of the filled-concrete in U-section steel.The calculationmethods of longitudinal shearing capacity aswell as longitudinal sliding capacity is feasible，which can prevent the longitudinal shear failure and the longitudinal slip failure of the composite beam.

U-section steel-encased concrete composite beam；bearing capacity；full shear connection

TU398.9

A

1673-7644（2017）01-0021-07

2017-01-17

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ZR2013EEM003）；山東省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2010GZX20418）；山東省墻材革新與建筑節(jié)能科研開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（2013，2014）；教育部科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目（IRT13075）；山東省高校優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目（2012）

林彥（1974-），女，副教授，博士，主要從事鋼結(jié)構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)等方面的研究.E-mail：linyan126＠163.com