鋼混凝土組合梁中混凝土翼板的收縮應力混凝土的收縮現象早在60多年前就被提出,從20世紀90年代開始,隨著高強混凝土的廣泛應用,混凝土的自收縮現象越來越引起人們的關注。混凝土的收縮與其組成、環境、尺寸及齡期等因素相關,文獻1認為普通混凝土的極限收縮應變為324106,文獻2在試驗中曾觀測到混凝土在3個月時的收縮應變達到185106。文獻3認為高強混凝土的自收縮現象是非常顯著的,收縮率高達100106400106,因此考察收縮影響是非常重要的。但纖維能有效抑制混凝土的收縮4,對配置鋼纖維或聚丙烯纖維的混凝土的收縮應變C0目前尚缺乏充分的試驗依據。鋼混凝土組合梁中混凝土的收縮,由于受到鋼梁、鋼筋及剪力連接件的約束,收縮變形不能自由完成,導致混凝土中產生拉應力,甚至開裂。有關組合梁或鋼筋混凝土中混凝土收縮問題國內外均進行過研究5,聶建國曾考慮混凝土收縮影響進行組合梁抗裂分析,并提出收縮應力計算公式。組合梁截面中收縮應變的不均勻性,又可引起梁的撓曲。對于連續組合梁,為了進行負彎矩區混凝土翼板的抗裂設計計算,除了需要考慮混凝土抗拉強度、預應力效應等抗裂因素外,還應考慮混凝土收縮拉應力的不利影響。當然混凝土的徐變也會引起與時間相關的變形,但本文僅考慮混凝土收縮效應。1組合截面收縮應變模型當混凝土能夠完全自由收縮時,混凝土中不會產生收縮應力而當混凝土的收縮變形受到內部鋼筋和鋼梁的約束時，混凝土才會出現收縮拉應力CC,而內部鋼筋出現壓應力混凝土在無約束情況下的自由收縮應變C0越大,在收縮受到約束時的收縮應力越大。收縮變形作為組合梁的內應力,將引起組合梁的彎曲變形,如圖1。圖中HC為混凝土翼板厚度,Y為組合梁形心至混凝土表面的距離,E為鋼梁形心軸至組合梁形心軸的距離,C1為混凝土表面的收縮應變,C2為組合梁連接界面處混凝土的收縮應變。混凝土收縮導致鋼梁偏心受壓,鋼梁受到的偏壓力可以分解為軸壓力和彎矩,S1即為鋼梁軸壓應變。2收縮內力平衡方程混凝土收縮引起的混凝土拉應力及鋼梁、鋼筋的壓應力屬于內力,在橫截面上拉壓力平衡。混凝土翼板收縮拉應力的合力NC為NCECACC012C1C21鋼梁及鋼筋的收縮壓應力的合力NS為NSESASS112ESASTC1C22式中,EC、AC分別為混凝土翼板的彈性模量和橫截面積ES、AS分別為鋼梁的彈性模量和橫截面積AST為混凝土翼板中縱向鋼筋的面積。由圖1可知C2YHCC1/Y3S1EC1/Y4混凝土軸向拉力與鋼梁軸向壓力平衡,即NCNS5代入式14可解得C1、C2、S1,分別為C12YACC0/ACEAST2YHC2EASE6C22YHCACC0/ACEAST2YHC2EASE7S12EACC0/ACEAST2YHC2EASE8式中,EES/EC是鋼與混凝土彈性模量比。3混凝土收縮應力圖1顯示在橫截面上混凝土的收縮應力是不均勻的,外表面收縮應力最大,組合界面收縮應力最小而實際上橫截面上混凝土的收縮應力可能沒有這么大的差異,因為混凝土的外表面離鋼梁和栓釘連接件的距離遠,收縮受到的約束弱而內表面與鋼梁直接接觸,受到的約束強當然混凝土中的鋼筋一般多布置在靠近混凝土的外側這些因素使得混凝土翼板的收縮應力趨于均勻,因此,計算混凝土平均收縮應力CC是符合實際的,理論公式如下CCECC01/2C1C22EASEEAST2YHC/ACEAST2YHC2EASEECC0KECC0,9式中,ECC0為實際混凝土收縮完全被約束情況下的收縮應力；K稱為混凝土收縮的約束影響系數,與組合梁橫截面面積、材料特性和形狀特征相關。4開裂荷載與收縮撓度41開裂荷載對一般鋼混凝土連續組合梁,其負彎矩區開裂彎矩計算應考慮混凝土收縮應力的不利影響,可按下式計算MCRSCFTCCW0,10對預應力鋼混凝土連續組合梁,其負彎矩區開裂彎矩按下式計算MCRPCSCFTCCW0,11式中,PC為混凝土翼板上緣的有效預壓應力；SC為組合梁截面塑性系數,由截面特征確定；FT為混凝土抗拉強度；W0為換算截面對混凝土翼緣板上邊緣的彈性抵抗矩。42收縮撓度組合梁的收縮彎矩MSH可由圖1按3部分疊加計算,即混凝土與鋼梁的軸向收縮力偶MCS、混凝土翼板的收縮純彎矩MC、鋼梁的收縮純彎矩MS。MSHMCSMCMS,12其中,MCSESASS1D,13MCECICC1C2/HC,14MSESISS1C2/EYHC,15式中,D為鋼梁形心至混凝土與鋼筋收縮合力點間的距離,可近似取DEYH0/2。IC和IS分別是混凝土翼板和鋼梁的主慣性矩。收縮彎矩將引起組合梁的撓曲變形VSHVSHMSH/EI,16式中,EI是組合梁換算截面抗彎剛度。對于變截面組合梁,MSH和I均是變量,積分可得收縮撓度VSHXMSHX/EIXDXDXC1XC2,17對于跨度為L的等截面簡支組合梁,由邊界條件其收縮撓曲線VSHXMSHXLX/2EI。185結語1在假定組合梁界面無滑移情況下建立混凝土收縮應力計算公式。計算組合梁混凝土的開裂荷載時,混凝土的收縮應力不容忽視混凝土收縮引起的組合梁撓曲變形隨組合梁跨高比的增大而迅速增加,大跨度組合梁的收縮撓度不容忽視。2對于混凝土翼板恒定的變截面組合梁,混凝土的收縮應力隨梁高改變的變化量很小。3組合梁混凝土收縮應力隨混凝土翼板配筋率的提高而增加,但總的變化幅度不大。參考文獻1王鐵夢工程結構裂縫控制M北京中國建筑工業出版社,199717602聶建國鋼混凝土組合梁長期變形的計算與分析J建筑結構,1997142453李悅,談慕華,張雄,等混凝土的自收縮及其研究進