组合结构论文

组合结构稳定性研究现状摘要：钢-混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构，它扬长避短，充分利用了钢结构和混凝土结构各自优点，具有广泛的应用前景。因此组合结构的稳定性研究有着重大的意义，本文从钢管混凝土、组合板、组合梁三种组合结构出发，论述了国内外组合结构稳定性研究现状和研究过程存在的不足，最后文章对组合结构未来进了展望。关键词：组合结构；钢管混凝土；型钢-混凝土组合板；钢-混凝土组合梁；稳定性；研究现状1、引言1.1、组合结构概述根据使用材料的不同，工程师习惯于把结构体系划分为砌体结构、木结构、钢结构、混凝土结构、钢-混凝土组合结构等。从广义上讲，钢筋混凝土结构由钢筋和混凝土组成，也属于组合结构。但是，目前仅将含有钢-混凝土组合构件的结构称为钢-混凝土组合结构，通常翻译为compositestructure[1]。钢-混凝土组合结构是一种新型的结构形式，它充分发挥了钢与混凝土两种材料的优良性能——钢材具有良好的抗拉强度和延性，而混凝土则具有优良的抗压强度和较大的刚度，并且混凝土的存在提高了钢材的整体屈曲和局部屈曲性能，由两种材料结合而成的组合结构在地震作用下具有良好的强度、刚度、延性以及较好的耗能能力。目前国内外常用的组合结构有：钢管混凝土结构（concretefilledsteeltubes）、型钢混凝土结构、钢与混凝土组合梁(steel-concretecompositebeams)、压型钢板与混凝土组合板四大类结构。另外，随着对钢筋混凝土柱-梁组合节点研究的不断深入，组合节点的应用也日益广泛[2]。1.2、组合结构历史回顾和发展现状组合结构的雏形最早于1894年出现在美国，当时出于防火的需要在钢梁外面包上了混凝土，但并未考虑混凝土与钢的共同受力[3]。20世纪20年代，出现了具有现代意义的钢-混凝土组合梁。到20世纪30年代末期开始已逐步采用抗剪连接件，外包混凝土也逐步过滤到把混凝土翼板放到钢梁翼板之上，形成了目前常用的“板-梁”体系的T形组合梁形式。60年代出现了钢管混凝土结构。随着组合结构的推广引用，在相关研究工作基础上，各国也制定了多部有关组合结构的设计规范。例如说欧洲标准委员会（CEN）于1994年颁布了欧洲规范4（EC4）[4]，这是目前世界上关于钢-混凝土组合结构最完整的一步设计规范，为组合结构的研究和应用作了比较全面的总结，并指出了今后的发展方向[5]。我国从20世纪70年代末开始研究组合梁，起步相对较晚。1980年，郑州工学院对2根采用槽钢作为抗剪连接件的钢-混凝土简支梁进行试验。1984年，哈尔滨建筑工程学院对采用弯筋抗剪连接件的组合梁进行了试验研究和理论分析。80年代后期开始，清华大学等单位开始对组合梁进行了较为广泛而系统的试验研究。虽然钢-混凝土组合梁在我国起步较晚，但是早在20世纪50年代，武汉长江大桥、衡阳湘江桥面就采用了组合梁的构造方式。相应的，我国在组合结构研究的基础上，也颁布了一些相关的规范。1988年，我国《钢结构设计规范》（GBJ17—88）首次例如了一章“钢与混凝土组合梁”的内容，标志着钢-混凝土组合梁在我国的应用开始受到广泛的重视。2003年颁布实施的《钢结构设计规范》（GB50017—2003）[6]中有关组合梁一章的内容，在原有的基础上进一步充实，增加了有关叠合板、连续组合梁的内容，吸收了我国近年来在钢-混凝土组合梁研究和应用领域的最新成果。1.3、稳定性研究的提出在前面提到组合结构是由混凝土-钢构件组成，而钢结构除了发生塑性破坏、脆性断裂破坏、疲劳破坏和损伤积累破坏外，还有由体系本身所引起的稳定破坏。所谓稳定性定义：结构构件在荷载作用下处于平衡位置，微小外界扰动使其偏离平衡位置，若外界除去后能回复到初始平衡位置，则是稳定的；若外界扰动除去后不能恢复到初始平衡位置，且偏离初始平衡位置愈来愈远，则是不稳定的。由此可见，结构在失稳过程中，变形是迅速持续增长的，结构将在很短的时间内破坏甚至坍塌，因此组合结构稳定性的研究有着重大的意义。结构构件的失稳包括整体失稳和局部失稳。整体失稳是指作用在结构上的外荷载未达到强度计算得到的结构强度破坏荷载时，结构已不能承担并产生较大的变形，整个结构偏离原来的平衡位置而倒塌。组合结构整体稳定性由于钢构件的界面形式不同和受力状态的不同可以有各种形式，例如说轴心受压构件，可以有弯曲失稳、扭转失稳等；对于受弯构件为弯扭失稳。局部失稳是指结构和构件在保持整体稳定性的条件下，结构中的局部构件或构件中的半间已不能承受外荷载的作用而失稳。这些局部构件在结构可能是受压的柱和受弯的梁；在构件中可以是受压的翼缘板和受压的腹板。对于局部失稳后仍有屈曲后强度的结构和构件虽能继续承载，但其最后的整体失稳极限荷载将受到局部失稳的影响而降低。这时出现的整体稳定称为局部与整体相关稳定。随着经济、科技的发展和高强建筑材料的应用，建筑结构趋向更高、跨度更大，为了节省材料，构件又要求细长薄壁，稳定性问题将会更加突出。因失稳而破坏的钢结构事件在国内外屡有发生，有的后果相当严重，给社会造成了巨大的经济损失和人员伤亡。特别对于较新型的组合结构，其稳定性理论领域内的研究还不够完善，往往因缺乏设计经验和足够的理论、规范指导，使设计人员在设计这些结构对，对如何保证结构稳定缺少明确概念，使结构出现不应有的安全隐患。稳定性是决定结构承载力的一个重要因素，因此研究组合结构的稳定性，对于完善组合结构的相关规程、规范，指导实际工程设计，具有重要的理论意义和工程实用价值。本文从组合结构中的钢管混凝土、组合板、钢-混凝土组合梁出发，介绍国内外在其稳定性研究现状。钢管混凝土2.1、钢管混凝土简述钢管混凝土（concrete-filledsteeltube）是将混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，以其用料省、安装重量轻、施工简便、承载能力大等诸多优点被工程所推崇，其截面形式主要表现为圆形、方形和多边形。它能充分发挥混凝土和钢材各自优势，受力合理，节省材料．其基本原理为：（1）借助核心混凝土支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的失稳模态，从而提高其承载能力；（2）借助钢管对核心混凝土的约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力[9,10,11]。从1897年美国人JohnLally发明在圆钢管里面填充混凝土作为房屋建筑的承重柱算起，钢管混凝土结构在土木工程中的应用已有百年历史[12]；20年代60年代前后，钢管混凝土结构技术在苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视，开展了大量的试验研究[]，但由于浇灌工艺的限制，使得钢管混凝土在工程上的优势没得到充分发挥；到20世纪80年代后期，随着先进的泵灌混凝土的工艺的发展和高强混凝土的出现，钢管混凝土结构取代传统的钢柱，认为是高层建筑营造业技术的一次重大突破。在我国，1959年原中国科学院院士土木建筑研究所最先开展了钢管混凝土基本性能的试验研究[13]；随着国家经济的迅猛发展，以采用高强混凝土技术和泵灌技术为特征的现代钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程和大跨度桥梁中得到了卓有成效的应用，取得了令人瞩目的成就。理论分析和工程实践都表明，现代钢管混凝土与结构钢相比，在保持自重相近和承载能力想同的条件下，可以节约钢材约百分之五十，焊接工作量可大幅度下降；与普通混凝土柱相比，在保持钢材用量和承载能力相同的条件下，构件横截面面积和自重可以减少约一半。因此，现代钢管混凝土既是一种高性能的结构，也是一种高效益的结构，它必将为新世纪的国家建设和土建工程发挥积极的作用。2.2、钢管混凝土稳定性研究现状2.2.1、国外钢管混凝土稳定性的发展状况Ge和Usami（1992，1994）进行了6个薄壁方钢管混凝土短试件的轴压实验，试件的宽厚比（B/t）范围为44~73，其中有两个试件在钢管内部焊有纵向加劲肋，同时还进行了4个空钢管的对比实验。实验结果表明，虽然薄壁方钢管混凝土的钢管失稳发生比较早，但核心混凝土仍有效延缓了薄壁钢管局部失稳的发展，从而使构件具有较高的强度承载力和较好的延性。纵向加劲肋的存在能进一步改善薄壁方钢管混凝土的工作性能。Song和Kwon(1997)进行了3个方钢管混凝土轴压短柱的实验研究，并同时进行了3个空钢管试件的对比实验。结果表明，方钢管混凝土试件的强度和延性均大大高于空钢管试件。研究结果还表明，随着截面B/t的增大，方钢管混凝土试件在加荷过程中钢管局部屈曲的发生有提前的趋势。Bridge等（1997）论述了高强度钢材和高强度混凝土在钢管混凝土结构中应用的优势，同时也指出，采用高强混凝土会使混凝土柱的脆性增大，而高强薄壁钢管的应用会导致广钢管局部稳定问题变的突出。Uy(1998)对方钢管混凝土轴心受压时钢管的局部屈曲问题进行了研究。该文报到了10个试件的实验结果，实验基本参数为B/t，从40~100变化。研究结果表明，由于在受力过程中钢管和核心混凝土之间的相互作用，钢管混凝土构件中钢管局部屈曲的发生大大滞后于空钢管构件。利用钢结构方法确定的方钢管的B/t限值对于方钢管混凝土构件偏于保守。Uy（2000）进行了30个方钢管混凝土短试件在轴压、纯弯和偏压荷载作用下力学性能的实验研究。实验结果表明，即使在B/t等于100的情况下，方钢管混凝土构件仍然表现出良好的承载能力和延性。Liang和Uy（2000）对焊接钢管混凝土柱钢管的局部屈曲问题进行了数值分析，考察的参数主要是焊接残余应力和界面宽度比（B/t）。该文最后提出一种考虑钢管局部屈曲影响时方钢管混凝土柱横截面有效受压边长的确定方法。Johansson和Gylltoft(2001,2002)，对三种加载方式下的圆钢管混凝土轴心受压构件进行了实验研究，三种加荷方式分别为：①荷载仅作用在核心混凝土上；②荷载仅作用在钢管上；③荷载同时作用在钢管及核心混凝土上。研究结果表明：方式①和方式③的极限承载力基本一样，但方式①构件的延性好更好，这主要是钢管不直接承受纵向压力，避免了钢管发生局部屈曲，从而使钢材抗拉强度高的特性得到充分发挥。Vrcelj和Uy(2001)报道了4个方钢管混凝土短柱和4个长柱的实验研究结果。该文还同时进行了4个空钢管长柱的对比实验研究。结果发现，与钢管混凝土构件相比，空钢管构件的屈曲模态表现出很大的不同，核心混凝土的存在延缓了钢管过早的发生局部屈曲，从而使构件的承载力和塑性能力得到很大的提高。Bradford等（2002）研究了圆钢管混凝土轴心受压构件在受载过程中钢管的局部屈曲和后屈曲问题。研究结果表明，在钢管中填充混凝土不仅可以提高构件截面的强度，而且可滞后钢管屈曲的发生。为了充分发挥钢管和核心混凝土之间的组合作用，该文建议实际应用时圆钢管混凝土构件的长细比不要超过125。2.2.2、国内钢管混凝土稳定性的发展状况蔡绍怀和顾万黎（1985）报道了26个圆钢管混凝土轴心受压长柱承载力实验结果。试件的主要参数是长细比（12~206），最后推导出了强度承载力简化计算公式，并和实验结果进行了比较，二者基本温和。蔡绍怀和邸小坛（1985）报道了51个圆钢管混凝土偏心受压柱承载力实验结果。试件的主要参数是荷载偏心率和长细比。该文还提出了圆钢管混凝土偏心受压柱承载力实用计算公式，并和实验结果进行了比较，二者基本吻合。蔡绍怀和顾万黎（1985）进行了两个圆钢管混凝土纯弯构件的实验研究。蔡绍怀和陆群（1992）进行了21个圆钢管混凝土悬臂柱在恒定轴力及水平力共同作用下的承载力实验研究，考察的参数主要是轴压比和试件高度与截面外径的比值，该文还对各种情况下钢管混凝土柱计算长细比系数的取值问题进行了研究。实验结果表明，钢管混凝土长柱的力学性能，远比普通钢柱和钢筋混凝土柱复杂。对于长细比很小的短柱，其破坏是由于钢管在双向应力下屈服和核心混凝土在三向受压被压坏所致。对于长细比很大的所谓长柱，其破坏是由于弹性失稳，亦即由于发生侧向挠度和弯曲而破坏，破坏时的纵向应变尚处于弹性范围，其极限荷载可用Euler公式确定。介于短柱和长柱之间，有一个相当范围的中等长细比的所谓“中柱”，其破坏既不是由于弹性失稳，又不是由于材料强度达到其极限，而是由于非弹性失稳。其极限荷载在理论上可以用修正的Euler公式确定，即将Euler公式中的弹性模量以切线模量置换。对于单肢钢管混凝土柱，当荷载偏心或构件长细比较大时，单肢柱的钢管和混凝土难以达到有效组合，构件在轴压下所具有的优势难以体现。而格构式构件因其具有较大的截面惯性矩，可以有效地解决这一问题。目前，国内外对这种格构式钢管混凝土柱的研究开展得还比较少。清华大学聂建国教授，以长细比为参数，对20个钢管混凝土格构柱（其中双肢构件6个、三肢和四肢构件各7个）进行了轴压试验研究。由试验想象可发现，钢管内填充混凝土可以有效地防止构件的局部屈曲，钢管混凝土格构柱破坏时均呈现整体破坏的形态。2.3、工程实例在工程应用方面，钢管混凝土结构广泛应用于(多)高层建筑、桥梁、输电线架以及大型公共场所等建筑形式中，取得了不错的工程效果。十项代表性工程简介如下：(1)．澳大利亚墨尔本的联邦中心大厦澳大利亚的第一座采用钢管混凝土结构的高层建筑，共46层，管柱9950mm。(2)．上海陆海城工程一幢25层的钢管混凝土结构的高层住宅，每平方米用钢量约为50公斤，不包括土地费用的实际造价约1800元／平方米，比混凝土架构的造价要低得多。(1999年)(3).中国深圳彩虹大桥位于广东省深圳市，全长1．2公里，宽23．5米。主跨为150米下承式钢管混凝土系杆拱桥，跨越火车北站29股道。主拱、桥墩、桥面均采用组合结构，是首座钢．混凝土全组合结构大跨桥梁。钢-混凝土组合梁3.1、钢-混凝土组合梁简述钢-混凝土组合梁(steel-concretecompositebeams)是由混凝土翼板与钢梁通过抗剪连接件组合而成整体受力的梁，亦可简称为组合梁。在荷载作用下，混凝土板受压而钢粱受拉，充分发挥钢材与混凝土的材料特性，实践表明，它兼顾钢结构和混凝土结构的优点[20]，具有显著的技术经济效益和社会效益，将成为结构体系的重要发展方向之一，作为组合结构体系中重要的横向承重构件的钢一混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域必将具有广阔的应用前景。混凝土组合梁发展过程大致经历四个阶段[21]：20世纪20年代～30年代，萌芽阶段；20世纪40年代～60年代，发展阶段；20世纪60年代～80年代，全面研究，实用阶段。此时由于钢一混凝土组合梁具有广泛的应用前景，组合梁的研究工作迸一步得到深化，在总结以往研究和应用成果的基础上，进一步改进和完善了组合梁的有关设计规范或规程，组合结构的应用和发展逐步成熟，几乎日趋赶上钢结构的发展，并广泛重视，研究工作重点也由简支梁研究转而开始了连续粱的研究，由完全剪力连接转为部分剪力连接，由考虑允许应力设计方法转为考虑极限状态设计方法，由弹性理论分析转为塑性理论分析；20世纪80年代至今，深入研究，推广应用，完善规范阶段。这一阶段相继出现了预制装配钢一混凝土组合粱、叠合板组合梁、预应力钢-混凝土组合粱、铜板夹心组合粱等多种新的结构形式，同时对组合梁在使用中所产生的问题以及新材料、新工艺的应用开展了更加细致的研究，并由线弹性向非线性，由平面向空间结构等方面进行了发展。我国自20世纪50年代开始，在交通、冶金、电力、煤矿等系统中就已经开始应用组合梁。早期主要集中在桥梁工程。到20世纪80年代初以来，随着我国经济建设的快速发展、钢产量的大幅度提高、钢材品种的增加、科研工作的深入、应用实践经验的积累，钢-混凝土组合梁结构得到迅速的发展和越来越广泛的应用，应用领域涉及到建筑、桥梁、高耸建筑、地下结构、结构加固等领域。特别是加固领域的优良性能，有效的减小结构自重和提高荷载等级[22，23]。组合结构的应用和研究至今已有近百年的历史。目前分析方法可以分为解析法、半解析法以及有限元法。解析法：该法视为精确法，但计算工作量大，难以考虑滑移的影响。半解析法：该法难以考虑滑移效应对结构刚度性能的折减。有限元法：组合粱更为广泛的是采用有限元分析方法，主要分为3类：1)按空问板壳单元进行完全的三维空间分析；2)按空问或者是平面粱计算；3)在普通梁单元基础上考虑滑移，以初等粱节点的6个自由度为基础．增加自由度以考虑组合粱界面滑移，按换算后的组合梁截面粱段单元计算。该方法虽然能够考虑界面滑移的影响，但是难以考虑梁结构其他的变形特征及其对组台梁性能的影响。3.2、钢-混凝土组合梁稳定性研究现状3.2.1、钢-混凝土组合梁失稳概述钢-混凝土组合构件是目前应用最广泛、研究较为成熟的组合结构形式，研究钢-混凝土组合梁组合构件的稳定性也显得尤为重要。对于钢-混凝土组合梁的失稳问题，主要有两种情况：整体失稳和局部失稳。关于钢-混凝土组合梁整体稳定性，目前在实际工程中由于功能的需要出现了混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁洞口在混凝土翼板完全断开使得组合梁在正弯矩作用下存在整体稳定性问题。对混凝土翼板完全断开的开洞组合梁在正弯矩作用下的整体稳定性进行初步的探讨在进行翼板完全断开的组合梁进行了整体稳定性分析，主要基于以下假设：1)不考虑钢梁与混凝土翼板间的滑移效应，按照完全组合计算；2)材料为线弹性；3)不考虑混凝土翼板中钢筋的作用；4)不考虑混凝土翼板的开裂；5)侧向弯曲和扭转时，构件截面的形状保持不变；6)构件的侧扭变形是微小的；7)构件无初始缺陷。在有限元分析的基础上假设组合梁整体失稳时的侧移函数和截面转角函数，运用瑞利-里兹能量法得出了翼板完全断开的钢-混凝土组合梁侧扭失稳的临界荷载，并进行了参数分析。结果表明，开洞长度较大或洞口开在跨中时，组合梁易发生整体侧扭失稳；而洞口长度很小或者洞口开在支座边缘时，组合梁不易发生整体侧扭失稳。另外，混凝土翼板宽度或厚度的提高能增强开洞组合梁的整体稳定性。要了解钢-混凝土组合梁局部稳定性问题，首先要明确什么是钢-混凝土组合梁局部失稳。组合受弯构件中的钢梁通常是由钢板组成的工字型、箱型、T型等实腹式构件,如果板件的宽厚比太大，在一定荷载条件下,在构件尚未整体失稳时,个别板件可能不能保持其平面平衡状态而发生平面外的波形凸曲现象,这种现象称为组合梁的局部板件丧失稳定，简称局部失稳（屈曲)。受弯构件的腹板局部失稳，可能导致构件的整体失稳提前发生,因此，在钢-混凝土组合梁构件设计时，必须保证腹板的局部稳定。陈世鸣—钢-混凝土连续组合梁负弯矩区的局部失稳中利用截面延性曲率K1、K2可以用截面当量柔度系数λc,表达的特点并结合结构力学和数值迭代法,求解了36组不同情况下的连续组合梁稳定情况。通过分析认为:第2类组合梁截面的局部失稳可采用支座处弯矩调幅值取为30%来等效，并可避免复杂的弹塑性分析计算。对于钢-混凝土组合梁腹板,有可能发生复合应力（主要包括截面绝大部分的剪应力、弯曲正应力以及可能存在的横向压应力）作用下的局部失稳问题,目前中国尚没有专门的组合结构规范,组合梁的局部稳定设计主要沿用钢梁的设计方法。但组合梁和纯钢梁在腹板的受力特性上有所区别，套用纯钢梁的设计方法具有不合理性,因此,对组合梁腹板的稳定问题进行分析研究是非常必要的。3.2.2、国外钢—混凝土组合梁稳定性研究现状关于组合梁的稳定性研究问题,国外对其局部屈曲进行了广泛的研究,并取得了丰富的成果。Fukaanoto和kubot采用线弹性有限元方法计算了受压下翼缘整体侧向失稳弯矩，Weston对连续组合梁进行了有限元分析，并考虑了钢梁局部失稳和初始变形的影响，cheat等考虑了约束工字钢力学模型中梁上多种弯矩分布情况，为欧洲规范4的验证和发展提供了充分依据。英国桥梁规范(BS5400Part31371)将组合梁的侧向失稳转化为弹性地基上压杆稳定问题，通过求等效压杆长度来计算临界应力值。南非学者N．W．Dekker等人把梁分为正弯矩区和负弯矩区，讨论了正弯矩区和负弯矩区不同的计算方法，给出了考虑腹板局部屈曲的分析模型。Fukmoto和kubo采用的模型为非约束非变轴力压杆计算模型，由于受压柱的稳定设计曲线未考虑型钢压板对受压翼缘侧向失稳的有力约束作用，因而十分保守。而欧洲规范4中，连续梁采用畸变侧向失稳设计方法，因力学模型的限制以及没有考虑局部失稳的影响，因此在其所采用的稳定设计曲线中，包含了一定的安全系数来考虑这些不足。根据Chen和Fan的试验研究发现，采用该方法得到的稳定弯矩设计值与实测最大弯矩值的比值为0．8左右，因而规范方法不但不够精确，而且过于保守。在国外,R．Narayanan等较为系统的研究了连续组合梁在动力荷载作用下，钢梁腹板可能发生局部屈曲，并指出钢梁腹板的局部屈曲将引发翼缘的较大变形。他最后对设计方法提出了建议，以避免局部屈曲。为了实现连续组合梁塑性铰内力重分布产生的预期效果，Jobnson等认为，应该对支座负弯矩区组合梁截面的钢梁板件的宽厚比作限制，国内哈建工的连续组合梁试验也表明，通常热轧工字型钢的下翼缘与腹板的塑性局部失稳都是发生在强度极限状态而且伴有较大的塑性转动之后。考虑塑性铰能够提高梁的经济效益.欧洲组合结构规范稳定设计方法的优点体现在：从极限设计观点出发，在截面选取和设计过程中，对组合梁由于局部失稳而产生的内力重分布以及发挥梁的极限承载能力有充分的预计。对于组合梁正弯矩区段，主要发生腹板局部屈曲；对于负弯矩区段，不但可能发生受压翼缘的侧向失稳，而且也可能发生腹板的局部屈曲。组合梁稳定问题应严格区分正负弯矩区不同的受力状态下的计算方法。但是，现行规范中对组合梁只提供了正弯矩区段内腹板的稳定验算和相应的构造措施，而尚未提供负弯矩区段组合梁稳定验算的计算公式和相应的构造措施。因此，对组合梁稳定问题而言，现行规范是不严密的，有相当一部分的问题尚待改进和解决。3.2.3、国内钢—混凝土组合梁稳定性研究现状我国对钢混凝土组合梁的研究相对国外比较晚。但是，在对组合梁整体失稳和局部失稳的研究方面都取得了丰硕的成果。混凝土翼缘板的抗弯、抗扭刚度很大，同时，由于混凝土板通过连接件与钢梁的上翼缘连成一体，故对组合梁正弯矩区不存在局部失稳验算问题。但在组合梁的负弯矩区域，钢梁下翼缘在承受较大的可变荷载及不利荷载分布时，呈受压状态而发生侧向失稳，并伴随钢梁腹板的横向变形，很容易出现整体失稳的现象。中南大学蒋丽忠教授根据组合梁整体失稳的形式建立了2种失稳模型，并采用能量法对组合两负弯矩区的侧向稳定性进行了探讨，给出了梁在弹性受力阶段临界弯矩的计算公式。在实际工程中，由于功能的需要，可能出现混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁，此时组合梁在正弯矩作用下可能存在整体失稳问题。若按照纯钢梁设计而不考虑钢与混凝土的组合作用，则显得很不经济。因此需要研究洞口对组合梁受力性能的影响。聂建国教授首先运用有限元软件ANSYS建立弹性有限元模型对整体侧扭失稳模进行了初步分析。他在此基础上假设了组合梁整体失稳时的侧移函数和截面转角函数，运用瑞利-里兹能量法推导出了翼板完全断开的钢-混凝土组合梁侧扭失稳模式的临界弯矩计算公式，并进行了参数分析。

为避免钢混凝土连续组合梁发生局部失稳,清华大学樊健生、聂建国、吴道闻对负弯区钢梁腹板在弯曲应力、轴向压应力和剪应力联合作用下的力学性能进行了研究。他们基于偏心受压与剪切作用下的相关方程和各种简单受力条件下的屈曲分析结果,计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲因数,并提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。计算表明,连续组合梁负弯矩区钢梁腹板的弹性临界高厚比主要受弯曲应力的影响,其次为剪应力。与现有规范相比较,该计算方法具有更广泛的适用性。3.3、钢-混凝土组合梁工程实例1）伦敦帝国大学：9层楼，60年，采用外包混凝土钢梁，用栓钉剪力连接件。2）澳大利亚：ABurn.A.W.Knight设计公路桥梁，跨度：26m，采用板梁结构，连接件用Hookedbar。3）我国1990年南浦大桥，总长8346米，主桥长846米，跨径423米，通航净高46米，桥下可通行5.5万吨巨轮。它是目前世界上第四大双塔双索面斜拉桥，呈“H”形的主桥塔高150米。主桥桥面用钢材与混凝土两种建筑材料叠合而成，为预制板组合梁。压型钢板-混凝土组合板4.1、压型钢板-混凝土组合板概述压型钢板-混凝土组合楼板是指将压型钢板与混凝土通过某种构造措施组合成整体而共同工作的受力构件，简称组合板。压型钢板与混凝土组合楼板是20世纪60年代前后兴起的一种新型组合结构。最初在欧美和日本等国应用，近20年来我国也大量应用于工业与民用建筑中。它既可用作楼面也可作屋面；既可用于工业建筑；也可用于民用建筑与公共建筑，尤其在高层建筑中大量使用。随着我国压型钢材产量的增大及品种的多样化，组合楼盖越来越受到欢迎得到更加广泛的应用。压型钢板与混凝土组合楼板与普通钢筋混凝土楼板相比，有以下几个优点：压型钢板组合楼盖它考虑混凝土和钢梁的组合效应，可显著提高结构的强度和刚度。使梁的扰度减少了l/3，用钢量减少了l5％，综合效益好。（2）采用压型钢板组合楼板较传统普通钢筋混凝土楼板每层工期减少，经济效益明显。（3）压型钢板混凝士组合楼板结合了钢结构和混凝土结构的优点，有施工方便、工期短的特点，同时使结构具有良好的抗震性能和耐火性能。此类组合结构在我国的各种工程中应用已相当广泛，取得了很大的经济效益和科技效益，发展趋势好，前景无限，是未来建筑的发展方向[41]。压型钢板与混凝土组合楼板中，必须保证压型钢板与混凝土能可靠地共同工作。压型钢板与混凝土的组合作用是通过两者接触面之间采取适当的连接方式形成的。为保证可靠的组合效应，要求接触面上的抗剪齿槽、槽纹或其他连接措施，具有足够的抗剪切粘结强度，不产生过大的粘结滑移，以抵抗楼板在外荷载作用下产生的纵向水平剪力；同时还要足以抵抗垂直掀起力，保证在垂直方向结合成不可分开的整体。压型钢板常见的压型形式可以归纳为三类：闭口形槽口的压型钢板；开口形槽口压型钢板,在其腹板翼缘上轧制凹凸槽纹作为剪力连接件；开口形槽口压型钢板，同时在它的翼缘上另焊附加钢筋。4.2、压型钢板-混凝土组合板稳定性研究现状4.2.1、板件失稳简述对于压型钢，其均有薄钢板制成，有腹板和翼缘组成各种形状。由弹性力学分析可知，受压翼缘界面上的纵向压应力存在剪力滞后现象，即受压翼缘截面上的纵向压应力并非均匀分布。由于剪力滞后效应，导致纵向正应力在与腹板相交处的应力最大。而这种现象是与翼缘的宽厚比，应力大小，受压钢板的支撑形式等因素有关。它也是导致板件发生屈曲的因素之一。在稳定理论中，如果板的平面尺寸很大，且厚度较薄时，就有可能在构件整体失稳之前，腹板或翼缘出现出平面的波浪凸、凹变形或挠曲，出现局部屈曲或局部失稳。另外，在不同的荷载形式下失稳的区域也会有所不同。如在纯弯作用下，板件出现受压区失稳。在纯剪作用下，板件在主压应力方向失稳。板件失稳的一些特点：(1)受压板件失稳:受压板件的屈曲,四边简支单向受压板的屈曲,既有绕轴的弯曲,也有绕轴的弯曲和扭转变形。另外，屈曲后仍具有继续承受更大荷载的能力设计时可在某些情况下,允许板件在荷载作用下屈曲并利用其屈曲后强度[3],可以获得经济效益。(2)受剪板件:简支梁的腹板在靠近支座处接近于单纯受剪剪力对四边支承板形成斜向压应力图当剪力增大到一定程度时,会促使腹板失稳。(3)受弯板件和压弯板件:受弯的板件是在一半高度范围内受压,压弯板则在更大的范围内受压。因此,二者都有因受压而屈曲的可能性。关于型钢混凝土组合板稳定性方面的研究，国内外的参考文献比较少，这里，笔者简单介绍下国内外关于稳定方面的研究现状。4.2.2、国外压型钢板-混凝土组合板稳定性研究在国外，早在1816年，法国科学研究院再三悬赏征文的情况下建立弹性平板振动的基本微分方程，随后，纳维尔（L.N.Vier）为承受横向荷载的受弯平板建立了基本方程[3],接着，他还给出在面内受压的平板的屈曲方程（小挠度）。之后的几十年，板的理论已经有了长足的发展。布赖恩在1891年研究过矩形板失稳问题。S.P.铁木辛柯（一译铁摩辛柯）等在1907～1934年间，对各种边界条件的情况作了补充，并继续研究在剪力作用下的屈曲问题，及在弯曲与剪切同时作用下的矩形板的弯曲临界力。卡门等人在1932年研究表示屈曲后有效刚度减小的有效宽度的概念及板的最大承载力问题。在此以前，L.舒曼等在1930年已由实验发现受压矩形板的屈曲荷载并非它的最大承载力。由于应力重分布，板的最终承载力大于它的屈曲荷载。二十世纪六十年代以来,有限元素法和数值分析方法的发展为解决这个问题提供了强有力的工具。利用为线性结构而发展起来的矩阵分析方法结合逐步线性化的增量法,是解决非线性结构分析问题的一个途径。目前,求解几何非线性分析的大挠度问题的方法很多,概括起来可以分为三类,即增量法,迭代法和混合法。而近代在对组合板的研究中，Clarke和Morley首先提出非完全剪力连接组合板变形理论[5]，但文献[5]中认为钢板厚度与混凝土板厚度相比而言非常小，以致可以忽略钢板的贡献。日本学者KoichiSato在文献[6]中根据薄板理论对非完全剪力连接组合板建立了一组偏微分方程组，将非完全剪力连接组合板挠度分为完全剪力连接计算挠度和由于滑移产生的附加挠度两部分，最终通过两者叠加计算得到非完全剪力连接组合板挠度，但是，由于在建立微分方程时引入大量的近似假设，带来较大的计算偏差。1969年，藤井(T.Fujii)提出了另一解答，他假定，当梁破坏时，拉力场遍及整个腹板，两翼缘的塑性铰则是发生在板块的中点和犄角。后来的理论都承认了拉力场作用是曲后抗剪承载力中的一个最重要的项目，抓住了这一项目，就抓住了推算抗剪承载力的关键。1975年以来，已将非线性弹塑性方法用于板件。这些方法采用一个荷载增量来考虑由于腹板内出现塑性及大的平面外位移所生成的非线性效应。4.2.3、国内压型钢板-混凝土稳定性研究相对应的在国内，随着对板件承载机理越来越深入的研究和理解，越来越多的国家开始，或计划用极限状态的观点来修订其板件设计规划，我国从1982年起，着手研究工程实用板的极限承载力，在研究中考虑了边界约束﹑初始不平度﹑