滑移效应对组合梁性能影响综述
侯建强，陈世鸣**
作者简介：侯建强，（1988-），男，同济大学土木工程学院。
通信联系人：陈世鸣，（1957-），男，教授 博士生导师，钢与钢筋混凝土组合结构. E-mail:
chensm@tongji.edu.cn
（同济大学土木工程学院，上海 200092）
5 摘要：钢-混凝土组合结构承载力高、刚度大，尤其是使用高强钢材和混凝土时往往采用较
大的跨高比，因此，比较精确地计算组合梁的承载力和挠度使其分别满足承载力极限状态及
正常使用极限状态下的要求显得尤为重要。钢-混凝土组合梁通常由于使用柔性抗剪连接件
在交界面上产生滑移效应，从而使截面实际承载力降低，同时截面曲率增大，结构挠度也相
应增大。滑移效应对组合梁性能的影响很大部分是不可忽略的。本文在研究文献基础上，总
10 结、归纳了考虑滑移效应影响的钢-混凝土组合梁承载力及变形的计算方法；评述了相关规
范中考虑滑移效应组合梁变形计算；对组合梁中滑移效应研究有借鉴和参考价值。
关键词：钢-混凝土组合梁；滑移效应；承载力；变形
 0 引言
钢-混凝土组合梁主要由混凝土翼板、钢梁、剪力连接件组成，其特点是承载力高、刚
35 度大，这得益于钢、混凝土的共同作用。组合梁受正弯矩作用时，混凝土翼板通常处于受压，
钢梁大部分处于受拉，因此能够充分发挥钢材和混凝土各自的材料性能。
组合梁中钢和混凝土翼板共同工作是通过剪力连接件来承受纵向剪力和竖向掀起力，使
得内力能在组合梁横截面上合理分布。现行设计方法中，完全组合梁与部分组合梁是根据组
合梁控制截面能否达到全截面塑性来定义的，即使是完全组合梁，也存在界面滑移；试验结
40 果也表明：采用栓钉等柔性抗剪连接件的组合梁是部分共同工作的，不论采用完全剪力连接
还是部分剪力连接，荷载作用下栓钉都会发生剪切变形，使钢梁与混凝土翼板界面之间出现
相对滑移。滑移效应会使混凝土翼板和钢梁的组合作用降低，组合梁的刚度减小、变形增大，
也会降低组合梁截面的承载能力。因此，必须重视滑移效应对组合梁性能的影响。
 1 国内外组合梁滑移效应理论分析研究状况
45 1.1 滑移效应对组合梁挠度变形影响
1.1.1 Newmark 模型
Newmark 等[1]（1951 年）提出了一个考虑梁-板接触面的相对滑移的模型，并建立了组
合梁挠曲微分方程。该挠曲微分方程由于比较复杂，未得到广泛应用，但Newmark 模型在
以后大多数组合梁的研究中被直接采用。该模型假定：
50 (1)梁和混凝土楼板在受力过程中始终保持接触，忽略掀起作用；
(2)抗剪连接件用分布粘结力的接触面来表示，即pv = ks ，其中p 为沿界面均布的剪
应力，v 为抗剪连接件间距，k 为连接件抗剪刚度，s 为滑移；
(3)钢梁和混凝土楼板采用Euler-Bernoulli 假定，钢梁与混凝土板保持相同的曲率，忽略
其剪切变形。
55 1.1.2 简支梁部分剪切连接理论
Johnson[2]（
1975 年）根据Newmark 模型建立了组合梁部分剪力连接作用下的挠度方程，
组合梁示意图见图1，力学模型见图2。
图1.简支组合梁示意图 图2.组合梁微段示意图
60
其平衡方程、物理方程和协调方程如下：
（1）平衡方程
⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪
⎨
⎧
+ =
+ =
= − + =
a s
a
c c
C
c a
V vh
dx
dM
V vh
dx
dM
v V V wx
dx
dF
2
1
2
1
,
（1）
（2）物理方程
⎪ ⎪ ⎪
⎩
⎪ ⎪ ⎪
⎨
⎧
= − −
= − +
= =
c
c a a
AB c
a a
CD s
c a c
c
s a
a
k E A
h nF
E A
h F
k E I
nM
E I
M
ε φ ε
ε φ
φ
2
1
2
1 （2）
 （3）协调方程
⎪ ⎪
⎩
⎪ ⎪
⎨
⎧
−
=
− ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= − +
0
1
E I
kd s p wx
dx
d
k A A
n
E
d F
dx
ds
a
c
c
a c c a
c
φ
φ ε
（3）
由上述三组方程，得到： s = K sinhαx + K coshαc + βwx 65 1 2 （4）
再由简支梁边界条件： 0 0 = x= s （5a）
及 c
x dx
ds = −ε
=±
2
1
(5b)
得到， w L x
s wx c α
α
α
β ε
β sinh
2
sec ⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛ ⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛ +
= − (6)
式中：
c c a k A A
n
A
1 1
0
= + (7a)
0
2 0
'
1
A
d I
A c 70 = + (7b)
a
c c I
n
I = k I + 0 (7c)
'
0
2
pE I A
k
a
α = (7d)
k
A pdc
'
β = (7e)
可以求出曲率并对曲率进行积分即可得到挠度值。
75 1.1.3 叠加挠度法
聂建国等[3]按照与Johnson 相同的思路，得到均布荷载作用下关于滑移及滑移应变的微
分方程结果如下：
( )
( l)
l x l x
e
s p e e e α
β α α α α
−
− − −
+
+ − −
=
2 1
1
(8)
( )
( l)
x x l
s e
p e e
α
αβ α α α
ε −
− −
+
−
=
2 1
(9)
式中：
E I p
KA
s 0
80 α 2 = 1 (10a)
1 2KA
β = hp (10b)
2
1 0 2
1 ⎟⎠
⎞
⎜⎝
⎛ + ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= + h
A
n
A
A I
s c
(10c)
s A 和c A 为钢梁和混凝土翼缘截积。
 在上述基础上，对考虑滑移效应的截面应变分布做出假定（图3），得s ε 引起的附加曲
85 率Δφ :
h h h h h
s
c s
sc ss
s
ss
c
sc ε ε ε ε ε
φ =
+
+
Δ = = = (11)
图3. 截面应变分布
90
根据结构力学原理，可求得均布荷载作用下组合梁由滑移效应引起的附加挠度Δf ：
( )
h
e
q l e e
f
l
l
l
⎥ ⎥ ⎥
⎦
⎤
⎢ ⎢ ⎢
⎣
⎡
+
− −
+
Δ =
α
α
α
α
β
1
2 1
8 2
2 2
(12)
其中l 为跨长， q 为均布荷载。
分析表明， e−αl ≈ 0 ，因此，上式可以简化为：
h
q l
f
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
−
Δ =
2
2 2
8 α
β
95 (13)
实际工程中，为应用方便，采用工程结构中最常见的均布荷载建立一个统一的公式来计
算滑移效应引起的附加挠度。可以均布荷载作用下组合梁附加挠度公式为基础，并对其进行
修正，以适用于一般荷载情况。最终，考虑滑移效应和剪力连接程度影响的钢-混凝土简支
组合梁挠度计算的一般公式为：
h
l
N
N
nI
q I
f f s f
e λ
α
β ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
−
⎥ ⎥⎦
⎤
⎢ ⎢⎣
⎡
⎟ ⎟
⎠
⎞
⎜ ⎜
⎝
⎛
− ⎟
⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
+ +
= +
2
2
0 1
8
1 3.75 1 1
100 （14）
式中， e f 表示按照弹性换算截面法计算的挠度值。
1.1.4 折减刚度法
聂建国等[4]提出，均布荷载作用下的简支组合梁跨中总挠度计算公式：
B
f qL
384
5 4
= （15）
105 式中， B 表示考虑滑移效应影响时组合梁的折减刚度，可表示如下：
+ξ
=
1
B EI （ 16）
 不同荷载形式下ξ 会随αL 变化，跨中一点荷载、跨中两点对称荷载和均布荷载三种荷
载类型下ξ 之间差异甚小，且L
b 对ξ 影响也不显著。由于工程中典型荷载类型情况甚少，
为简化起见，刚度折减系数统一可按下式计算：
( ) ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
= − 2
0.4 3
αL
110 ξ η (17)
L h
EI
2
24 β
η = (18)
1.1.5 基于连接件刚度法
Wang[5]对先前基于连接件强度的部分组合梁挠度计算方法进行总结，在Girhammar 和
Gopu（1993）研究中给出的基本假定的基础上，提出了基于连接件刚度的挠度计算方法。
115 该方法主要假定抗剪连接件刚度沿组合梁长度均匀分布，以均布荷载作用的简支梁为计
算模型，推导出了以下挠度计算公式：
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= + +
0
2
2 1 1
EI
r
EA EA
K
s c
μ (19)
( ) ( )
( )4
2
5
1 384
8
1
cosh 2
1
L
L
L μ
μ
μ
β ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
= + − (20)
β
δ
δ
⎟ ⎟⎠
⎞
⎜ ⎜⎝
⎛
= 1+ −1
0 EI
EI f
f
p (21)
120 式中， K 为抗剪连接件刚度的平均密度，由连接件总刚度除以梁跨求得；μ 为与连接
件刚度有关的系数；β 仅与无量纲参数μL 有关，β = 1则没有抗剪连接，β = 0 则为完全
抗剪连接； p δ 为部分抗剪连接时组合梁跨中挠度； f δ 为完全抗剪连接是组合梁跨中挠度。
而对于公式中抗剪连接件刚度无论施工中有无支撑均可保守的取为统一值即：当抗剪连接件
达到其设计强度（0.8Pu）时，组合梁滑移量为0.8mm。
125 另外，作者通过将上述公式计算结果与有限单元法数值模拟结果及部分试验结果进行对
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