前言

如何将钢材与混凝土这两种材料的优势充分发挥出来，取得更好的经济技术效果，是结构工程师始终不渝的努力方向。其中，钢混凝土组合结构，就是这一努力过程中的重要成果。具体来说，组合结构的发展过程，就是不断探索将钢材与混凝土两种材料更合理有效地组合为整体共同工作，使每种材料都处于能够发挥其优势的最合适位置的过程。钢混凝土组合梁、钢管混凝土柱是研究和应用最为成熟的两种组合结构构件形式。除了梁、柱构件可以应用组合结构技术取得更好的经济效益外，墙、板、壳等构件也可以采用钢混凝土组合结构，由此引出了一类新的组合结构形式——钢板混凝土结构。

作者自本科生阶段即开始在聂建国老师指导下对钢混凝土组合结构进行研究。当时，导师根据工程发展需求，在钢混凝土组合梁、钢管混凝土柱等组合结构的基础上，提出了钢板混凝土组合结构的多种新构造、新工艺、新方法，并在结构加固、异形桥梁、防护工程等方面得到了成功应用。随着工程界对钢板混凝土结构的逐步认可和工程需求的增加，包括课题组在内的研究者针对高层建筑、核电站、大跨桥梁、沉管隧道、防护工程等应用场景的特点，对其在强度、刚度、延性、耐久性、抗冲击性能、抗火性能、密封性能、施工性能等方面的关键设计施工问题开展了系列研究，相关成果也在大量工程中得到了成功应用。例如，我国深圳至中山跨江通道工程的沉管隧道段采用了双钢板混凝土结构，标准管节长165m、宽46m、高10．6m，是当前世界最宽的沉管隧道。相比于钢筋混凝土沉管隧道结构，钢板混凝土结构在受力性能、管节预制、浮运沉放、施工工期以及风险管控等方面均具有优势。又如，2020年建成通车的南京第五长江大桥主桥为中央双索面三塔组合梁斜拉桥，其中索塔采用了钢板混凝土结构，在力学性能、耐久性、施工便捷性和经济性等方面都表现出了优异性能。作者有幸参与了包括上述工程在内的多项科研工作，本书也是对这些科研和实践的总结。

全书共分为11章。除第1章概述外，第2~6章主要围绕若干关键基础理论问题展开，第7~11章则按照应用场景分别进行论述。第1章概述介绍了钢板混凝土结构的由来、结构类型及特点、国内外研究进展，总结了设计与施工关键问题，并结合实例介绍了在多个工程领域的应用情况。第2章钢板与混凝土间的连接，通过试验、有限元和理论分析，研究了不同类型连接件的抗剪和抗拔性能及设计方法。第3章钢板的稳定性，针对不同连接件构造和受力模式，提出了整体和局部稳定承载力计算方法，并给出了连接件距厚比等设计建议。第4章钢板混凝土结构平面内受力性能，基于试验和分析揭示了不同构造钢板混凝土结构的面内压弯剪性能、轴拉性能、拉弯剪性能，并建立了分析模型。第5章钢板混凝土结构平面外受力性能，基于试验揭示了面外受弯、受剪和冲切力学性能，提出弯剪承载力计算方法以及精细有限元模拟方法。第6章钢板混凝土结构节点，总结了钢板混凝土墙与墙、板、梁的连接节点的构造形式及设计方法，发展了钢板混凝土墙与钢筋混凝土基础的连接节点。第7章钢板混凝土组合剪力墙结构，以高层建筑为应用场景，提出了组合剪力墙的构造形式，建立了包括正截面承载力、斜截面承载力、基础锚固设计、位移角限值在内的设计计算方法。第8章钢板混凝土组合沉管隧道结构，以沉管隧道为应用场景，归纳了组合沉管隧道结构的发展历程和典型构造，提出了相关的设计计算方法，并结合深中通道沉管隧道案例给出了设计流程和计算实例。第9章钢板混凝土防护结构，以防护工程为应用场景，总结归纳了基于试验、理论和数值模拟的钢板混凝土结构抗爆和抗冲击分析、计算和设计方法，并结合核电站安全壳工程实例，给出了结构设计过程。第10章钢板混凝土组合桥面结构，以大跨桥梁桥面系为应用场景，归纳了常用的组合桥面板构造形式，特别是基于超高性能混凝土的钢板混凝土组合桥面板方案，提出了组合桥面板设计计算方法，并介绍了多个大跨桥梁组合桥面板工程案例。第11章钢板混凝土组合索塔，通过试验揭示了索塔及其连接件的受力性能，结合工程实例，给出了组合索塔施工阶段和成桥阶段设计方法。

本书是课题组和合作者的共同研究成果，也广泛参考和借鉴了国内外大量的相关研究，他们的工作和成果都是促进钢板混凝土结构研究、应用不断发展的推动力，也是本书所依赖的基础。研究工作既得到了老师、前辈们多年的关怀和指导，也受益于同事、同行的支持和参与。博士及硕士研究生卜凡民、李法雄、胡红松、杨悦、周萌、马晓伟、韩亮、马原、潘文豪、刘诚、汪家继、孙启力、郭宇韬、朱尧于、王哲、邱盛源、孔思宇、唐俊跃、肖靖林等在课题研究过程中出色地完成了大量的试验、计算及分析工作，他们对本书做出了重要贡献。丁然老师做了大量校对和编辑工作。研究和撰写过程中得到了聂建国院士的精心指导。在此，向他们表示衷心感谢。

研究工作得到了杰出青年科学基金(51725803)、自然科学基金创新研究群体(52121005)、自然科学基金重大项目(51890901)、国家重点研发计划项目(2017YFC0703400、2022YFC3802000)、优秀青年科学基金(51222810)、科学探索奖等资助，合作单位也提供了大量宝贵实践机会，在此表示衷心感谢。

当前，我国基础设施建设规模不断增长、难度不断提高，工程结构大型化和复杂化发展需求日益凸显，并面临更加严苛的性能要求、更加综合的功能品质要求以及更加多样的社会环境要求等新挑战。钢板混凝土结构是支撑重大工程建设和重大战略实施、实现建筑工业化和提升基础设施品质的重要结构形式，将随着新材料、新技术、新方法的涌现而持续发展，希望本书能在这一过程中发挥促进作用。

最后，请专家学者和学生对本书的缺陷和错误提出宝贵意见。

樊健生

2023年10月