钢—混凝土组合结构的一些进展---聂建国

    各位老师、各位同学大家好，谈不上报告，主要是汇报，我的题目是钢、混凝土组合结构的一些进展。只有在他适用的范围里面才可以保证它的效果，不是说什么都用它，在需要的地方用它。组合结构的核心就是要发挥组合的综合优势，刚刚前面北工大张爱林教授介绍了很多都是跟组合有关的。我们有楼板，用钢板可能解决不了舒适度和正常使用的问题，有楼板就是组合。考虑组合以后，应该来说具体指标还会提高，所以我们要实现1+1大于二，不是简单的叠加。这个上面是组合梁，下面是钢筋混凝土梁，为什么在跨度很大的时候，我们会遇到一些难题，因为包括建筑结构、桥梁，是裂缝宽度决定的。我们可以算一下首先满足自重的要求，在跨度越来越大的情况下，承重的时候，主楼是可以发挥优势的。另外就是我们知道混凝土容易开裂，改版如果失稳，如果组合在一起，是不是可以互补。钢板约束混凝土，提高抗裂性，混凝土约束钢板，提高稳定性。两者结合非常好，减少了焊缝，减少用力，焊缝越多，疲劳度越厉害。这个是一个典型的对比试验，左边是混凝土柱试验，右边是钢管混凝土柱延性破坏，这个问题是我们回避不了的。我们尽量避免它的问题，我知道我们国家很多大型工程，以后裂缝问题耽误很长时间，右边就没有裂缝问题。我们看看组合结构，左边是一个纯钢框架，右边是一个组合框架，结果差很多。我们现在规范水平不仅没有反映当前工程的需求，一个是在座工程界的同行，你们已经走在前面，但是规范约束你们，这个还不算，必须新编的规范，今天我们还在跟钢结构规范沟通，把我们写的好的几条给删掉了。同志们将来设计的时候，为什么结构指标上不去呢？这个提供太大了，我们这里也扯不清楚，这个结构非常灵活。

    组合结构大家非常关心的就是抗力的难题，即使是普通的，这样制作对于悬臂我们做了好几个工程了，你们可以把混凝土放下面，这个将来真的地震来了以后，我们今后有效的办法就是想办法减轻结构的自重，因为地震发生了，震级有多大我们搞不清楚，从哪个方向来我们也不知道。但是F=MA，这个我们知道，我们做了一个工程，做了悬臂。上面这个楼板放在这上面，这个相对来说有点意思。我一再强调，前辈和同行对组合结构发展做出了重要的贡献，我这个组合结构只是在他们的基础上做了一些发展，我国土木工程建设对组合结构的需求快速增长。组合结构应该来说，他们的适用范围非常广，下面我汇报两个方面事业研究的内容。

    我们这些年在双钢板剪力墙方面做了一些探讨，应该说还不错。我汇报一下武汉中心的工程，难点是节点构建，传力机制，这个工程设计是华东设计研究院设计的，科研是我们做的。原来的设计方案说伸臂垳架在这，后来他们找到我们，这个地方还存在一个用力集中的问题，施工相当复杂，而且还存在一个传力不直接。我一直跟我的学生讲，我们做结构的时候，一定要传力明确，传力直接，构造简单，这样才能够保证质量。这个地方跟建筑是不矛盾的。所以经过反复，本来原来委托我们做这样的模型试验，后来我们说这样的模型试验我们要做，这个我们也要做，最后施工单位同意了，我们光把这个试验做成了，今天来讲可能只是我验证了设计单位和他们提出的设想，有没有更好的，不知道。现在我觉得正好我们有这个机会，说服过来了不错，最后做好了以后非常好，这个施工很方便，我们可以看到。

    你们可以看看，这个是钢筋，钢筋在墙里面穿，这个钢筋在外面，然后在用混凝土，你们看，这是内切，这个是外包，两个是差不多的，我们实验室的人都说愿意做左边的，包括我们前面做的双钢的也是一样的。今天时间关系我们就不放了，我们用双钢板剪力墙作为一种剪力墙的形式，可以给工程界提供更多的选择。我们来看这个，混凝土跟钢肯定是混凝土先开裂，如果我们外包是直接传走了，所以，好了，这个是外包的，这个是内嵌的。然后，加载，我们试验设计得还比较巧妙。这个加载是比较难的，是空间加载，我们是同步加载。我们来看看，很遗憾，左边拍的照片跟右边不是同一个角度，这个你们看，很快像电梯之间的墙就开裂了，最后这块的混凝土就没有事，这两个区别在哪？左边这边需要加一些放火涂料，这个没有问题。

    我们还可以看这个过程，这个是已经做坏了，已经拿出来了。这个极限承载力差别不大，我们来看裂缝分布，左边是内嵌钢板，右边这个是外包的，很明显这个裂缝远远少于左边这个，并且这个开裂荷载是30吨，这个开裂荷载是45吨。

    下面因为时间关系我跟大家汇报一下负弯矩区抗裂难题，我是从1982年一直做组合结构，一直没有变，90年代初我也在做。现在组合结构大家可以看看文章、杂志，各个高校，现在组合结构是大小的形势，非常好。我也是经过了多年的思考，这个东西并不是我某一天想出来的，这个是2009年，天津吉兆桥，这个桥我非常开心，完全按照我们的思路来做的。下行钢管里面管了混凝土，下行高管也管了混凝土，这个我不担心，当时我就提出来，负弯路不组合，但是后来我马上又想，如果不组合是不是不好，当时院长和总工，他们水平非常高，都是博士。他们又让我看。这个在欧美、日本用的特别多，叫群钉技术。这个地方打一堆钉子，现在可能要跟我这些技术做对比了。这个技术在80年代我做硕士的时候就怀疑，我建议在座各位年轻的同行，要怀疑，要大胆的怀疑已有的成果。他们感觉到把间距拉大了以后，群订之间的收缩在中间更容易开裂，最后的缩短量是跟长度来做的。所以我一直在碰到一个工程有群钉技术就提出这个问题，但是没有解决问题。大家看，我真的非常感谢院长，他说你把这个问题给我解决。我说这样，我们抗拔不抗剪，这个T形钢做的很薄，上面就可以抗拔，这个地方并不约束它。你们看我这个过程，这个就是我们做对比试验。

    这样我们做对比试验，用的是这个，上面是产生的，上面是抗拔不抗剪，下面是传统的。我们看看这个过程，这个是为什么钢结构压杆，，又问我自己，消压荷载提高50%，开裂荷载是1.871，他们老总觉得这个非常好。我们知道如果是传统的不能约束，抗拔不抗剪一直往上加，才0.25毫米。这里有，我第一个方案不是这个方案，那天晚上天津讨论的时候，晚上吃饭的时候，我说我给你们做一个方案，椭圆筒做好了有一个螺钉，现在把这个要拧住，然后把底下的螺母一拧，他会拔住，这个是非常好的。2月份加工的时候，他给我打电话，他说，我碰到总共说可能你还有办法，我就说，在工厂里面做出来，在两侧有一个隔离层，这样我的连接件就可以均匀控制了。第二，里面还有一个最大的不足，两个木头桩子，如果里头钉两个钉子会有缝，我们现在怎么解决工程学上的问题。

    我们又提出来一个螺杆式新型连接，抗拔不抗剪我今天又跟各位同仁抛砖引玉，我这个抗拔不抗剪理念解决了组合结构桥梁负弯矩区混凝土板的开裂难题，连续梁桥、刚构桥，拱桥，斜拉桥、悬索桥。

    这是一个大桥，跨度880米，原来他们的方案这个拉力很大，这个是我建议他在吊杆附近做抗拔不抗剪，然后如果是重量，抗拔不抗剪进一步降下来了。我今天没有时间展开讲。如果这个桥面由混凝土组合以后，形成舒适度，耐力的问题大大可以改善，我们知道包括虎门大桥等出了一些问题，另外可以解决抗倾覆的问题，比如说这个桥，我的面积偏窄，你要想限制每个车辆规规矩矩走不可能。如果这个桥，在这个地方有四个很强的抗拔不抗剪，我纵向不约束它，极限作用是抗剪的，这个方向是抗拔的，所以这个抗拔不抗剪的理念是应用得很广。这种弯桥最容易出事了。如果在这个地方就可能过来，这个地方如果是抗拔不抗剪，你就可以大大提高它的抗倾覆能力。这个是很强的抗拔不抗剪，是不是也非常有利，大家看，这是我拍到的我们现在典型的桥梁制作构造，如果是超载，后面还会塔桥。所以，如果是在这个地方有抗拔不抗剪，这个是前年某一个桥。这个桥就说你要放上去以后，马上施工单位有经验的话，要交代施工单位采取抗拔的措施，这样农民工在哪边施工都不会有问题，所以这个整体牢固性，我们真的要强调和重视。这个也是一样，我们看纽约世贸中心，这个也是我抛砖引玉。

    纽约世贸中心这个是施工图片，他们垳架梁就是搭在上面的，这个是我们找的资料，这个是MIT教授做的分析，这个是我学生提供的，我一直讲这个问题，后来他找到了，说老师他跟你讲的很相象。如果我拽紧的话会不会好得多，这是一个分析过程，因为时间关系，我总结一下。

    组合结构发展潜力大，组合结构使用领域宽广。组合结构适合我国桥梁建设的国情，组合结构综合效益显著，组合结构将成为结构体系的重要发展方向之一。组合结构的发展空间仍然很大，前景广阔。

    非常感谢，感谢前辈，还有在座的同行，感谢国家自然科学基金委员会资助，感谢铁道部科技计划的资助等等，我的汇报完了，谢谢大家！