如何计算组合梁的承载能力？

钢结构和混凝土结构的分析、设计方法有所区别。我国现行建筑、公路结构设计规范中，混凝土结构在正常使用阶段基于弹性理论进行分析，承载能力极限状态基于塑性理论进行分析。而我国现行钢结构设计规范中一般都基于弹性理论进行分析，仅建筑结构中某些特定情况下允许基于塑性理论进行分析。对于钢-混组合结构，基于何种分析理论进行设计，需要综合考虑所依据理论的合理性与可行性。

组合梁按弹性分析理论进行计算时，假定钢与混凝土均为理想线弹性材料，并利用材料力学公式计算结构应力、变形等。只有当钢梁、混凝土板应力小于材料的容许应力时，才能认为组合梁按弹性理论分析是正确的。因此在使用阶段按弹性理论分析比较符合实际情况。由于弹性理论未考虑塑性变形发展带来的强度潜力，故承载力趋于保守。

若是从节约材料的角度，需要充分利用钢材与混凝土的强度，则可按照塑性理论进行组合梁设计计算。按照塑性理论进行组合梁分析时，假定组合梁中可形成塑性铰，计算截面的混凝土和钢梁大部分已经屈服，并以此计算截面承载力。按照塑性设计时会考虑材料的塑性变形，导致结构在实际使用中产生较大的变形与裂缝，因此对使用时不允许出现裂缝、受侵蚀作用的结构，轻质混凝土与特殊混凝土结构，预应力与叠合构件，一般不允许采用塑性设计原则。

1912年E.S.Andrens提出基于弹性理论的组合梁换算截面分析方法，其物理意义明确、计算简便，适用于弹性应力、刚度计算，但未考虑钢-混界面滑移效应。1951年N.M.Newmark等提出了“不完全交互作用”理论，考虑了交界面上的相对滑移对组合结构性能的影响，所建立的公式具有理论意义。基于大量试验研究，Thubrlimann等在1962年建立了基于简化塑性理论的极限强度设计方法，并逐步得到各国规范采用。弹性分析理论与塑性分析理论各有其优缺点，在国际主流结构设计规范中都有采用，如欧洲标准化委员会的欧洲规范4（EN1994）、美国AASHTO LFRD Bridges design standards、日本道桥示方书等。

我国《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）明确组合梁的正常使用阶段按照弹性理论进行分析，承载能力计算可采用塑性分析理论；其第14章规定：“对于直接承受动力荷载的组合梁，其承载能力应按弹性方法进行计算。”《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（GB 50917—2013）中规定，“钢-混组合梁的截面当符合表5.1.1的要求时，可采用塑性设计方法计算抗弯承载力”，其主要是对采用塑性设计方法时钢梁板件的宽厚比做出了限制。英国BS5400规范也规定仅在下列情况下采用塑性设计法，或其他容许弯矩和剪力重分配的方法：(www.xing528.com)

（1）在所考虑破坏条件下，构造形式及材料使结构抗力行为具有足够的平台（即在荷载增加不多的情况下发生明显的变形而不突然坍塌），且不因重复加载使结构弱化。

（2）抗弯的塑性发展，并不使其抗剪、抗扭或有关的轴向强度（按实际的受力情况斟酌考虑）产生不定的降低。

（3）支承或支承结构反力应能抵抗按弹性方法计算出的反力。

（4）挠度引起的几何变形不致影响荷载效应，否则，应对几何变形所产生的影响充分考虑。

我国《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）、《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）采用的组合梁设计方法以弹性理论为基础，结构的作用效应及抗力计算（或荷载组合及应力）均采用弹性方法，即假定钢材与混凝土为理想线弹性材料。我国《铁路结合梁设计规范》（报批稿）也以弹性理论为基础，荷载组合及应力均采用弹性方法计算。