什么是复合梁(复合梁的特点和类型)

金属梁加固
混凝土可以用金属梁加固以承受张力。

复合梁是一种结构元件,通常由连接到型钢梁并由型钢梁支撑的钢筋混凝土板组成。复合梁比其组成部分的总和更强,并且表现出两种材料的强度特性的有利组合。这意味着钢和混凝土组合梁将同时具有混凝土的抗压强度和钢的抗拉强度。在建筑行业中还有其他几种类型的复合梁,它们将各种等级的混凝土与塑料复合材料和木材结合在一起。然而,钢和钢筋混凝土组合梁是最常用的。

钢筋混凝土
钢筋混凝土是一种用金属条或网格加固的混凝土。

将两种不同的材料连接起来形成复合材料不仅结合了两种材料的集体优势。在相关材料之间形成结合实际上增强了它们的物理特性,并使复合材料比它们的强度总和更强。在大型建筑中,钢和混凝土是组合梁最常用的组合。混凝土增加了复合材料的质量、刚度和抗压强度,并减少了楼板的挠度和振动。钢构件赋予梁的抗拉强度,具有出色的强度重量比和快速的施工时间。

钢的抗拉强度增强了组合梁。

复合梁最重要的部分之一是两种材料之间的固定点或剪力连接件。复合材料两部分的正确连接使材料可以作为一个单元,并赋予复合梁固有的强度。这些剪力连接件通常是焊接到钢梁上并固定在混凝土板上的螺柱。这些剪切连接件的数量和尺寸经过仔细计算,因为它们代表了复合材料机械性能的关键部分。

混凝土和钢复合梁可以使用先前浇铸的混凝土板或现场浇铸。预制板构造有槽或槽,可容纳固定螺柱。当板正确定位时,这些口袋会被混凝土填满。在现场制作楼板稍微复杂一些,需要在浇注混凝土之前铺设异形甲板板。该甲板通常是轻型钢板,根据应用具有不同的轮廓。

将板材铺设在梁的顶部,然后使用“通过甲板焊接”工艺或通过喷丸将剪切连接件固定到梁上。甲板就位后,将混凝土浇注在顶部并添加钢筋。甲板用于关闭或容纳湿混凝土,并且在板固化后也为复合材料提供强度。

其他几种复合梁类型用于较小规模的建筑。其中包括支撑在许多木屋中用作楼板的轻质混凝土条的木梁。混凝土填充树脂复合箱体常用于桥梁建设。它们坚固、制造速度快、重量相对较轻,需要最少的重型机械安装到位。尽管使用的材料非常不同,但这些结构元件都使用了与更传统的钢和混凝土梁相同的共享强度原则。

复合梁和密封梁有什么区别?

如前所述,结构和建筑物包含多种梁类型。组合梁只是现代建筑中使用的20多种中的一种。但也许你遇到过“密封梁”这个词,并觉得它有点混乱。密封梁与建筑有什么关系吗?

事实证明,密封梁并非来自建筑界。它们是一种汽车前照灯设计,包含一个放置在镜头后面并密封在一个独立单元中的灯泡。这些是1990年之前大多数汽车配备的老式类型。你会在今天的车辆上找到复合光束前照灯:它们是特定品牌/型号的,如果灯泡烧坏了,你可以只更换灯泡。相反,如果出现故障,您必须更换整个密封的前照灯。

建筑梁的类型

因此,既然我们知道密封梁与建筑界没有任何联系,让我们快速回顾一下最常见的梁类型。你会发现它们是根据一些逻辑特征进行分类的,包括支撑条件、建筑材料、几何形状、横截面形状和建造方法。

梁材料和支撑条件

复合梁与钢筋混凝土、钢和木材属于同一类别。大多数是通过将钢与钢筋混凝土配对制成的,但其他款式将塑料复合材料和木材与混凝土结合在一起。其他按建筑材料分类的梁包括纯钢、木材和钢筋混凝土。

建筑梁也按它们的支撑方式分类。简支梁一端靠销支撑,另一端靠滚柱支撑。由于此设置,它可以自由旋转。另一方面,固定梁在两端都有支撑,但不能旋转。悬臂梁连接到垂直表面并从其伸出。它们通常用于创建凸窗和阳台等结构。连续梁在整个长度上配备了两个以上的支撑。

光束几何形状和横截面形状

形状和几何形状在梁的功能中也起着关键作用。具有横截面形状的那些通常由钢筋混凝土、钢或两者的混合物制成。典型的设计包括矩形、T形、L形、直线、弯曲或锥形。

施工方法

混凝土梁可以通过特定的制造方法进行成型,以提供最佳的支撑。现浇混凝土梁是在现场制造的,而预制混凝土梁是在施工投影开始之前在工厂制作的。还有预应力混凝土梁,每根梁内部都包含预张拉金属绞线,以提高其性能。

复合梁使用哪种泡沫?

您已经了解了建筑施工中使用的复合梁和其他类型的梁。但在高性能环境中使用了另一种类型的复合梁:夹层梁。这种结构通常用于航空航天、汽车、船舶和风力涡轮机的生产。夹层复合梁具有许多优点:强度、抗疲劳性、耐用性和刚度。

夹层梁是如何构造的

夹心复合梁通常由低刚度、低密度的内芯与两个外蒙皮和强力粘合剂组成。外部蒙皮通常包含碳纤维或航空级铝,但它们也可以由玻璃层压板、碳纤维增强热塑性塑料或热固性聚合物制成。它们的低密度内部由开孔或闭孔泡沫组成。在制作夹层复合梁时,制造商可以从多种材料中进行选择:

  • Nomex泡沫
  • 金属蜂窝
  • 塑料聚合物泡沫

Nomex泡沫

Nomex是一种耐用的耐热和阻燃间位芳纶聚合物,由杜邦公司在1960年代初期首次开发。Nomex拥有340兆帕的抗拉强度,大致相当于49,300 psi。它还可以处理高达近700华氏度的温度。

聚合物泡沫

塑料聚合物泡沫也是夹层复合梁芯的流行选择。聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯和聚苯乙烯是最常用的。像Nomex一样,它们创造了一个低密度的内部空间。

夹层复合梁的好处

从工程的角度来看,夹心复合梁提供了一些重要的优势。通过将坚硬的外部蒙皮与低密度的内部核心配对,这些梁可提供卓越的强度,同时减轻整体重量。这种设计导致相对于梁的重量具有较高的弯曲强度和刚度。根据每根梁内的特定材料,它们还可以提供隔热性能以及耐腐蚀性和稳定性。它们还提供卓越的耐撞性,在碰撞过程中吸收冲击能量的能力。

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