钢-混凝土组合结构出现的时间最早可以追溯到19世纪末,美、英等国的工程人员为了达到防腐蚀和耐火的目的,使用混凝土将钢梁、钢柱包裹起来或者向钢柱内灌注混凝土,这就开创了组合结构的应用历史,但当时人们并没有意识到钢与混凝土之间的组合作用。随着组合结构在实践工程中的应用,人们开始注意到钢与混凝土组合之后构件的刚度和承载力会有所提高。组合结构的发展历程大致可以分为下述几个阶段。
发展阶段1:19世纪末20世纪初,这一阶段是组合结构出现的初期,工程人员并未意识到组合作用的存在,只考虑了防腐蚀和耐火的效果。1879年英国的赛文铁路桥率先使用了钢管混凝土桥墩,为了防止内部锈蚀在钢管内灌注了混凝土。1897年,美国人John Lally通过在圆管中填充混凝土作为房屋承重柱。从20世纪20年代开始,人们开始注意到了组合作用的有利影响,开始在混凝土板与钢梁之间设置各种形式的构造连接,组合结构开始进入发展阶段。
发展阶段2:20世纪中期,在这一阶段具有先进技术的西方国家,如日本等国对组合结构进行了较为深入的研究和应用,一些国家也开始制订相关的技术规范和规程,其中对组合梁的设计和构造较多一些。美国州际公路协会于1944年制订的《公路桥涵设计规范》包含了有关组合梁的规定,德国于1954年和1956年分别制订了《桥梁组合梁标准》和《房屋建筑组合梁标准》,英国于1967年制订了《钢-混凝土组合结构梁》设计标准。经过大量研究分析,人们对组合梁的设计与施工有了更多的认识,组合梁的应用范围开始从桥梁结构向民用建筑延伸,组合梁的设计理论也逐渐完善。
发展阶段3:20世纪70年代至今,在此阶段组合结构的应用范围已经非常广泛,组合结构的发展速度逐渐接近钢结构,由于组合结构可以在一定领域内代替钢筋混凝土结构和钢结构的作用,这一有利的发展趋势引起了很多结构专家的注意,从而促进了组合结构的研究与发展。随着研究的深入以及技术的进步,组合结构的发展也逐渐多样化,以组合梁为例,出现了预制装配式钢-混凝土组合梁、钢-混凝土叠合板组合梁、预应力钢-混凝土组合梁以及钢桁架-混凝土组合梁等新的结构形式[11-15]。近年来,国内外出现了大量使用钢-混凝土组合结构的高层及超高层建筑,如1999年建成的总高420.5 m的中国上海金茂大厦,2004年建成的总高508 m的中国台北101大厦以及2010年建成的高达828 m的阿联酋哈利法塔,如图1.1所示。(www.xing528.com)
图1.1 组合结构在超高层建筑中的应用
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