型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)受力性能研究現(xiàn)狀及展望

馬　輝， 毛肇瑋， 薛建陽(yáng)， 陳宗平， 劉云賀

(1.西安理工大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710048； 2.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)　3.廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

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型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)受力性能研究現(xiàn)狀及展望

馬輝1， 毛肇瑋1， 薛建陽(yáng)2， 陳宗平3， 劉云賀1

(1.西安理工大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710048； 2.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)3.廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

為進(jìn)一步推廣型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用，本文在綜合介紹組合結(jié)構(gòu)研究背景的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了型鋼與再生混凝土之間界面黏結(jié)滑移性能、型鋼再生混凝土梁受彎及抗剪性能、型鋼再生混凝土柱軸壓、偏壓性能及抗震性能、高溫后型鋼再生混凝土梁和柱受力性能、型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)及框架結(jié)構(gòu)抗震性能等方面的研究現(xiàn)狀，指出了型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)受力性能研究有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題，并提出了相關(guān)研究建議及展望，為該領(lǐng)域的深入研究及型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用提供參考。

型鋼再生混凝土； 組合結(jié)構(gòu)； 受力性能； 抗震性能； 研究現(xiàn)狀

隨著我國(guó)建筑工業(yè)的急劇發(fā)展，大量混凝土的使用導(dǎo)致砂、石等天然材料長(zhǎng)期過(guò)度開(kāi)采，造成巨大的能源和資源消耗，對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了越來(lái)越嚴(yán)重的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院最新數(shù)據(jù)顯示：僅2014年，我國(guó)商品混凝土產(chǎn)量就達(dá)15.5億立方米，與2013年相比增長(zhǎng)了32.9%。與此同時(shí)，由人類(lèi)拆除、建造等建筑活動(dòng)產(chǎn)生的建筑垃圾堆積如山；另外，地震、海嘯及洪水等自然災(zāi)害也造成大量的建筑廢棄物。2014年度《我國(guó)建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》指出：2014年，我國(guó)年建筑垃圾產(chǎn)生量超過(guò)15億噸，而全國(guó)再生利用率僅為5%左右。綜上可知，一方面是天然不可再生資源的過(guò)度開(kāi)采；另一方面是大量建筑廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染。因此，如何合理有效地處理和利用這些大量建筑廢棄物，已成為目前社會(huì)所必須面對(duì)和解決的重要問(wèn)題之一。再生混凝土的提出為處理上述問(wèn)題提供了有效手段，它既能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢棄混凝土的再次利用，又可解決大量建筑垃圾帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量研究，國(guó)外等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)廢棄混凝土再利用研究的較早[1-4]，主要集中在對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能及耐久性的研究。我國(guó)對(duì)再生混凝土技術(shù)的研究起步較晚[5-8]，主要集中在再生骨料的生產(chǎn)加工，再生混凝土的配制，再生混凝土抗拉壓、剪切等物理力學(xué)性能和耐久性能，鋼筋再生混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的靜力性能和抗震性能等。結(jié)果表明：與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，由于再生混凝土力學(xué)性能遜色于普通混凝土，這就在一定程度上限制了再生混凝土的工程應(yīng)用。

鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)能夠有效提高構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能[9-10]。部分學(xué)者鑒于“組合結(jié)構(gòu)”的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)，將再生混凝土應(yīng)用于組合結(jié)構(gòu)中以提高其結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力性能。型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)就是其中一種組合形式，國(guó)外對(duì)于該組合結(jié)構(gòu)的研究還未見(jiàn)報(bào)道，本文主要針對(duì)目前國(guó)內(nèi)有關(guān)該組合結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行重點(diǎn)分析，主要包括型鋼與再生混凝土之間界面黏結(jié)滑移性能、型鋼再生混凝土梁受彎及抗剪性能、型鋼再生混凝土柱軸壓、偏壓性能及抗震性能、高溫后型鋼再生混凝土梁柱受力性能、型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)及框架結(jié)構(gòu)抗震性能等，為型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考，并提出了需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題及研究建議。

1　型鋼與再生混凝土之間界面黏結(jié)滑移性能研究

型鋼與再生混凝土之間能夠協(xié)同工作的前提是兩者之間具有足夠的黏結(jié)強(qiáng)度，且兩者之間的界面黏結(jié)滑移性能對(duì)組合結(jié)構(gòu)的承載力、剛度變形、裂縫及耐久性等研究都具有直接的影響。對(duì)此，有關(guān)專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了深入研究：文獻(xiàn)[11]的推出試驗(yàn)研究表明: 加載端先于自由端出現(xiàn)滑移現(xiàn)象；沿型鋼的埋置長(zhǎng)度方向，黏結(jié)應(yīng)力一般呈指數(shù)分布，且最大值出現(xiàn)在加載端附近；不同黏結(jié)部位的黏結(jié)應(yīng)力不同：型鋼翼緣內(nèi)側(cè)最高，外側(cè)次之，型鋼腹板處最小。文獻(xiàn)[12]的研究表明：當(dāng)取代率大于70%時(shí)，隨取代率的增加，平均初始滑移強(qiáng)度和界面耗能能力呈增大趨勢(shì)；當(dāng)取代率小于70%時(shí)，骨料取代率對(duì)界面耗能能力的影響不大。文獻(xiàn)[13]的試驗(yàn)結(jié)果表明：型鋼與再生混凝土之間的平均黏結(jié)強(qiáng)度大于鋼管與再生混凝土之間的平均黏結(jié)強(qiáng)度；隨混凝土強(qiáng)度的提高，黏結(jié)強(qiáng)度有一定提高。綜上所述，目前關(guān)于型鋼與再生混凝土界面間黏結(jié)滑移性能的研究都是基于單向荷載作用下的推出試驗(yàn)，而對(duì)于重復(fù)荷載作用下(如低周反復(fù)荷載、疲勞荷載等)、高溫或火災(zāi)、低溫及腐蝕環(huán)境下型鋼與再生混凝土之間的黏結(jié)滑移性能尚未研究；同時(shí)，考慮增加抗剪連接件對(duì)型鋼再生混凝土黏結(jié)滑移性能影響的研究也很少涉及。

2　型鋼再生混凝土梁受力性能研究

2.1抗彎性能

文獻(xiàn)[14]對(duì)型鋼再生混凝土梁的受彎性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試件的典型受彎破壞特征如圖1所示。研究結(jié)果表明: 型鋼再生混凝土梁的破壞過(guò)程經(jīng)歷了彈性、彈塑性和破壞3個(gè)階段；試件的荷載-撓度曲線(圖2)的直線段較長(zhǎng)，表現(xiàn)出良好的承載能力和變形性能。圖3表明實(shí)驗(yàn)梁的抗彎承載力隨著取代率的增加有所提高。文獻(xiàn)[15]研究表明：型鋼再生混凝土梁基本符合平截面假定；實(shí)驗(yàn)梁的開(kāi)裂彎矩、極限承載力主要受縱向受力筋配筋率的影響，受骨料取代率的影響不大；在相同配筋率和荷載水平條件下，型鋼再生混凝土梁的極限承載力及撓度大小與型鋼普通混凝土梁相當(dāng)。文獻(xiàn)[16]研究表明：型鋼再生混凝土梁的破壞形式與型鋼普通混凝土梁形似；在相同配箍率條件下，再生粗骨料取代率對(duì)組合梁的極限承載力影響不大。

綜上所述，目前關(guān)于型鋼混凝土梁受彎性能的試驗(yàn)研究中考慮的影響因素不夠全面，大多只考慮了再生骨料取代率、再生混凝土強(qiáng)度及鋼筋配筋率的影響，而型鋼配鋼率、材料強(qiáng)度、混凝土保護(hù)層厚度等因素對(duì)構(gòu)件受彎性能的影響也不容忽視；此外，對(duì)于長(zhǎng)期荷載作用下型鋼再生混凝土梁承載力、撓度及裂縫寬度等的研究尚還未涉及。

圖1　型鋼再生混凝土梁受彎典型破壞特征Fig.1　Typical flexural failure characteristics of SRRC concrete beams

圖2　受彎荷載-撓度曲線Fig.2　Curves of bending load-deflection

圖3　取代率對(duì)受彎承載力的影響Fig.3　Influence of replacement ratio on the flexural bearing capacity

2.2抗剪性能

文獻(xiàn)[17]的試驗(yàn)研究表明：型鋼再生混凝土梁主要發(fā)生剪切斜壓破壞和彎剪破壞，再生骨料取代率對(duì)梁的受剪承載力影響不大(圖4)；試驗(yàn)梁的受剪承載力隨著剪跨比的增加而降低，隨混凝土強(qiáng)度的增大而增大。

圖4　取代率對(duì)梁受剪承載力的影響Fig.4　Influence of replacement ratio on the shear bearing capacity of beams

文獻(xiàn)[18]的研究表明，與型鋼普通混凝土梁相似，型鋼再生混凝土梁的破壞過(guò)程經(jīng)歷了初裂、裂縫發(fā)展及試件破壞3個(gè)階段，對(duì)試件形態(tài)破壞起關(guān)鍵性影響的因素是剪跨比。文獻(xiàn)[19]結(jié)合試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合提出了型鋼再生混凝土梁抗剪承載力計(jì)算公式。文獻(xiàn)[20]結(jié)合Monte-Carlo 法進(jìn)行了組合梁抗剪承載力的可靠度分析，分析結(jié)果表明：在所分析參數(shù)范圍內(nèi)，其可靠度指標(biāo)能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有規(guī)范對(duì)型鋼再生混凝土梁抗剪承載力的要求，可應(yīng)用于實(shí)際工程。綜上所述：目前關(guān)于型鋼再生混凝土梁抗剪性能的試驗(yàn)尚沒(méi)有考慮在動(dòng)荷載作用下的研究，也缺少型鋼再生混凝土梁抗剪承載力參數(shù)擴(kuò)展分析；此外，對(duì)設(shè)置抗剪連接件的型鋼再生混凝土梁的受剪性能研究尚未涉及。

2.3高溫下型鋼再生混凝土梁的力學(xué)性能研究

文獻(xiàn)[21]進(jìn)行了不同溫度下型鋼再生混凝土梁的受彎性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：高溫后型鋼再生混凝土梁的破壞形態(tài)主要有彎曲破壞、黏結(jié)破壞和斜壓破壞三種(圖5)，與常溫下基本相同；400℃以上高溫對(duì)梁抗彎承載力影響明顯(圖6)；文獻(xiàn)[22]的研究表明: 試驗(yàn)梁的初始剛度和峰值荷載隨溫度的升高而降低；取代率的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)梁的變形性能影響不大；文獻(xiàn)[23]對(duì)不同溫度作用后型鋼再生混凝土梁的受剪性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明: 試驗(yàn)梁的抗剪承載力隨溫度的升高有所降低(圖7)；取代率對(duì)抗剪承載力的影響不大；文獻(xiàn)[24]研究發(fā)現(xiàn)：高溫后，型鋼再生混凝土梁的承載力，剛度及延性均明顯降低，骨料取代率僅對(duì)高溫后試件的延性有較大影響，對(duì)承載力影響不大。綜上所述：目前對(duì)于高溫后再生混凝土的材料力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系研究較少，這是進(jìn)一步深入分析高溫后型鋼再生混凝土梁受力性能的基礎(chǔ)，也是了解型鋼再生混凝土梁抗火機(jī)理的前提；此外，關(guān)于火災(zāi)高溫后型鋼再生混凝土梁在動(dòng)力荷載作用下的力學(xué)性能研究尚未涉及。

圖5　高溫后型鋼再生混凝土梁受彎破壞形態(tài)Fig.5　Flexural failure pattern of SRRC beams after high temperature

圖6　溫度對(duì)抗彎極限荷載的影響Fig.6　Influence of temperature on the flexural ultimate load

圖7　溫度對(duì)抗剪承載力的影響Fig.7　Influence of temperature on the shear bearing capacity

3　型鋼再生混凝土柱受力性能研究

3.1軸壓性能

文獻(xiàn)[25]的研究表明：型鋼再生混凝土柱軸壓承載力隨著長(zhǎng)細(xì)比的增加而逐漸下降，受再生粗骨料取代率的影響不大; 文獻(xiàn)[26]采用OpenSees軟件對(duì)型鋼再生混凝土軸壓柱進(jìn)行了有限元模擬，結(jié)果表明：試件的軸壓承載力受再生粗骨取代率的影響不大，隨混凝土強(qiáng)度的提高而增大。文獻(xiàn)[27]的試驗(yàn)結(jié)果表明：試件的軸壓極限承載力受再生粗骨料取代率和混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響較大；柱軸壓極限承載力隨體積配箍率的增大明顯提高；基于試驗(yàn)結(jié)果，還提出了型鋼再生混凝土柱軸心受壓承載力計(jì)算公式。

綜上所述，目前關(guān)于型鋼再生混凝土柱軸壓性能的研究，一方面考慮的影響參數(shù)還不夠全面，關(guān)于混凝土保護(hù)層厚度、骨料粒徑大小及型鋼配鋼率等對(duì)柱軸壓性能影響的研究較少；另一方面，缺乏對(duì)于腐蝕、火災(zāi)等特殊環(huán)境下型鋼再生混凝土柱軸壓性能的研究實(shí)例，同時(shí)對(duì)型鋼再生混凝土軸心受壓柱的精細(xì)化有限元分析還未見(jiàn)報(bào)道。

3.2偏壓性能

文獻(xiàn)[28]的研究表明：型鋼再生混凝土柱的偏心受壓破壞形態(tài)與普通型鋼混凝土柱基本相同；承載力受再生骨料取代率的影響不大；由荷載-位移曲線可知(圖8)，柱受壓承載力隨偏心距的增大逐漸減小。文獻(xiàn)[29]根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行理論分析，提出了型鋼再生混凝土偏壓柱的剛度和側(cè)向撓度變形計(jì)算公式。文獻(xiàn)[30]在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了型鋼再生混凝土偏壓柱的正截面承載力計(jì)算公式，并驗(yàn)證了其正確性。文獻(xiàn)[31]結(jié)合試件破壞特征及再生混凝土的材料特性，根據(jù)板的彈塑性穩(wěn)定理論，分析了型鋼再生混凝土柱臨界開(kāi)裂保護(hù)層厚度的計(jì)算方法。

綜上所述: 目前關(guān)于型鋼再生混凝土柱偏壓性能的研究主要以試驗(yàn)研究和理論分析為主，考慮的設(shè)計(jì)參數(shù)不夠全面，有必要對(duì)柱的受壓性能進(jìn)行有限元參數(shù)擴(kuò)展分析；此外，對(duì)純彎作用，受扭作用以及壓、彎、剪多種復(fù)雜荷載共同作用下組合柱受力性能的研究幾乎沒(méi)有。

圖8　型鋼再生混凝土偏壓柱荷載-縱向位移曲線Fig.8　Load-longitudinal displacement curve of SRRC bias columns

3.3高溫后型鋼再生混凝土柱的力學(xué)性能研究

文獻(xiàn)[32]的試驗(yàn)研究表明: 高溫后型鋼再生混凝土柱軸壓破壞形態(tài)均呈燈籠狀破壞；高溫后試件的剛度及剩余承載力退化明顯(圖9～10)，且退化程度隨溫度升高而變大；高溫后試驗(yàn)短柱的平均承載力降低了13%～50%，特別是在 600℃時(shí)下降32%～42%。文獻(xiàn)[33] 的研究結(jié)果表明：試驗(yàn)柱的極限承載力和抗彎剛度隨火災(zāi)溫度的升高而降低(圖11)；隨著取代率的增加，極限壓應(yīng)變及延性增大，而極限承載力有所降低(圖12)；試件的極限承載力及抗彎剛度隨偏心率的增大明顯降低。

綜上所述：目前關(guān)于火災(zāi)高溫后型鋼再生混凝土柱力學(xué)性能的研究主要為靜力單調(diào)加載試驗(yàn)研究，缺少重復(fù)荷載及往復(fù)荷載作用下的有關(guān)組合構(gòu)件的動(dòng)力特性研究；現(xiàn)有研究主要集中在高溫后型鋼再生混凝土梁、柱構(gòu)件的力學(xué)性能，而對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)和框架結(jié)構(gòu)的抗火性能尚未涉及。

圖9　溫度對(duì)短柱剩余承載力的影響Fig.9　Influence of temperature on the remaining bearing capacity of short columns

圖10　溫度對(duì)短柱軸向剛度的影響Fig.10　Influence of temperature on the axial stiffness of short columns

圖11　溫度對(duì)偏壓柱極限承載力的影響Fig.11　Influence of temperature on the ultimate bearing capacity of bias columns

圖12　取代率對(duì)偏壓柱極限承載力的影響Fig.12　Influence of replacement ratio on ultimate bearing capacity of bias columns

3.4抗震性能

文獻(xiàn)[34]通過(guò)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)對(duì)型鋼再生混凝土柱的抗震性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：型鋼再生混凝土柱的主要破壞形態(tài)有3種：剪切斜壓破壞、彎剪破壞以及彎曲破壞(圖13)；滯回曲線呈飽滿(mǎn)的梭形，表明柱具有較好的延性及耗能能力(圖14)；取代率對(duì)組合柱的承載力影響不明顯，但構(gòu)件延性隨取代率的增加而有所降低；文獻(xiàn)[35]的研究結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)短柱的延性系數(shù)均小于 3.0，表明短柱抗震性能較差，可以通過(guò)降低軸壓比或增大體積配筋率來(lái)提高型鋼再生混凝土短柱的抗震延性。文獻(xiàn)[36]研究表明：隨剪跨比的增大，試件的水平承載力降低，剛度退化減慢，延性及耗能有所提高。文獻(xiàn)[37]在型鋼再生混凝土長(zhǎng)柱擬靜力試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合和理論分析，提出了型鋼再生混凝土長(zhǎng)柱的三折線恢復(fù)力模型。綜上所述：目前學(xué)者對(duì)型鋼再生混凝土柱的抗震性能進(jìn)行了一定的研究，得出了一系列結(jié)論，但對(duì)型鋼再生混凝土柱地震損傷性能的研究尚未涉及，這是實(shí)現(xiàn)其抗震性能化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。此外，對(duì)于反復(fù)荷載作用下的型鋼再生混凝土柱黏結(jié)滑移性能也未見(jiàn)報(bào)道，這是提出型鋼再生混凝土柱抗震設(shè)計(jì)精確方法的關(guān)鍵?，F(xiàn)有研究的型鋼再生混凝土柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)都在C40以下，對(duì)于高強(qiáng)或高性能的再生混凝土材料的型鋼再生混凝土柱抗震性能研究幾乎沒(méi)有。

圖13　反復(fù)荷載下型鋼再生混凝土柱破壞形態(tài)Fig.13　Failure pattern of SRRC columns under low reversed cyclic loading

圖14　反復(fù)荷載下型鋼再生混凝土柱部分荷載-位移滯回曲線Fig.14　Load-displacement hysteresis curve of SRRC columns under reversed cyclic loading

4　型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)及框架受力性能研究

4.1梁柱節(jié)點(diǎn)

文獻(xiàn)[38]對(duì)型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：框架中節(jié)點(diǎn)的破壞過(guò)程分為彈性、帶裂縫工作和破壞3個(gè)階段，且均發(fā)生核心區(qū)剪切破壞；節(jié)點(diǎn)試件的滯回曲線呈一定捏縮的紡錘形，具有較好的耗能能力；隨再生骨料取代率的增加，節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力及耗能能力降低，延性逐漸減小，但其抗震性能與型鋼普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)相比變化不大；圖15為梁柱節(jié)點(diǎn)的骨架曲線。由圖可知，在彈性段，骨料取代率對(duì)節(jié)點(diǎn)的初始剛度影響不大，在帶裂縫工作階段曲線開(kāi)始出現(xiàn)偏差，但是偏差不大；當(dāng)荷載達(dá)到水平最大值以后，隨取代率的增大，骨架曲線的下降段變得陡峭，表明試件的延性性能有所降低，屈服后變形能力相對(duì)減小。綜上所述，目前關(guān)于型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能的研究很少，所涉及的變化參數(shù)有限，故考慮不同設(shè)計(jì)影響對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響需展開(kāi)進(jìn)一步研究；同時(shí)，型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理、破壞形態(tài)以及抗剪承載力設(shè)計(jì)方法也尚未報(bào)道；此外，對(duì)于型鋼再生混凝土梁柱中間層的邊節(jié)點(diǎn)及頂層角節(jié)點(diǎn)的受力性能研究尚未涉及。

圖15　型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)荷載-位移骨架曲線Fig.15　Load-displacement skeleton curves of SRRC beam-column node

4.2框架結(jié)構(gòu)

文獻(xiàn)[39]完成了對(duì)一榀三層兩跨型鋼再生混凝土框架的低周反復(fù)荷載實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：框架結(jié)構(gòu)呈“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制(圖16)，其荷載-位移滯回曲線飽滿(mǎn)，表明具有很好的耗能能力；破壞時(shí)框架層間位移角介于1/17～1/40之間，整體位移角達(dá)到1/22，位移延性系數(shù)平均值為4.3，粘滯阻尼系數(shù)為0.28，表現(xiàn)出良好的變形能力和抗倒塌能力。文獻(xiàn)[40]對(duì)4榀單層單跨再生混凝土空心砌塊填充墻-型鋼再生混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：框架結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制屬于“梁鉸機(jī)制”，結(jié)構(gòu)中墻體部分先于框架部分破壞；其滯回曲線較為飽滿(mǎn)，表現(xiàn)出良好的耗能能力和抗倒塌能力；文獻(xiàn)[41]進(jìn)行了3榀不同填充程度的型鋼再生混凝土框架-再生混凝土空心砌塊墻體混合結(jié)構(gòu)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究，結(jié)果表明: 結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和抗側(cè)剛度，全高填充墻框架結(jié)構(gòu)初始剛度大，但剛度衰減快；半高填充墻初期承載力和剛度較大，后期退化規(guī)律與空框架相似。

綜上所述：目前關(guān)于型鋼再生混凝土框架結(jié)構(gòu)的研究尚少，對(duì)其地震損傷破壞機(jī)理研究尚未涉及，且多為縮尺模型試驗(yàn)，缺乏足尺實(shí)驗(yàn)研究；此外，有關(guān)型鋼再生混凝土框架結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)研究幾乎沒(méi)有。

圖16　型鋼再生混凝土框架變形破壞形態(tài)Fig.16　Deformation failure pattern of SRRC frame

5　結(jié)論及展望

通過(guò)上述對(duì)型鋼再生混凝土組合構(gòu)件及結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀的分析，可知目前對(duì)于型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行了一定的研究，并己經(jīng)取得了一定成果，但仍存在許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

1) 現(xiàn)有的型鋼再生混凝土組合結(jié)構(gòu)受力性能研究中，鮮有學(xué)者對(duì)再生混凝土材料進(jìn)行改性研究，所涉及再生混凝土材料強(qiáng)度相對(duì)較低(C40以下)，且強(qiáng)度、延性及耐久性較差等缺點(diǎn)仍然沒(méi)有得到很好的解決。因此，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入粉煤灰、纖維及外加劑等，開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)或高性能再生混凝土材料，并應(yīng)用于鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)中是其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一。

2) 目前關(guān)于型鋼與再生混凝土界面間黏結(jié)滑移性能的研究均基于推出試驗(yàn)進(jìn)行，考慮的實(shí)際影響因素不足，對(duì)于在復(fù)雜荷載作用下(如低周反復(fù)荷載、疲勞荷載等)、高溫或火災(zāi)、嚴(yán)寒低溫及腐蝕環(huán)境下型鋼與再生混凝土之間的黏結(jié)滑移性能尚未研究；同時(shí)，對(duì)設(shè)有抗剪連接件的型鋼再生混凝土黏結(jié)滑移性能研究也很少涉及。

3) 對(duì)型鋼混凝土梁受彎及受剪性能有限元參數(shù)分析較少；長(zhǎng)期荷載作用下型鋼再生混凝土梁承載力、撓度及裂縫寬度等的研究尚未涉及；同時(shí)，對(duì)設(shè)置抗剪連接件的型鋼再生混凝土梁受剪性能的研究幾乎沒(méi)有。此外，動(dòng)荷載作用下(如疲勞荷載)型鋼再生混凝土梁受彎及受剪性能研究也未見(jiàn)報(bào)道。

4) 缺少對(duì)型鋼再生混凝土柱軸心受壓及偏心受壓精細(xì)化有限元分析；對(duì)于火災(zāi)、腐蝕等特殊環(huán)境下型鋼再生混凝土柱受壓性能的研究尚屬空白；純彎作用，受扭作用以及壓、彎、剪多種復(fù)雜荷載共同作用下型鋼再生混凝土偏壓柱受力性能的研究幾乎沒(méi)有。同時(shí)，對(duì)型鋼再生混凝土柱地震損傷性能的研究尚未涉及。

5) 目前對(duì)高溫后型鋼再生混凝土構(gòu)件靜力性能進(jìn)行了一定的研究，但高溫后型鋼再生混凝土構(gòu)件的動(dòng)力性能(如抗震性能等)研究較少。此外，對(duì)于型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)及框架結(jié)構(gòu)的抗火性能的研究尚未涉及。

6) 現(xiàn)有型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能的研究中所涉及的變化參數(shù)很少，故考慮不同設(shè)計(jì)參數(shù)及節(jié)點(diǎn)形式(如邊節(jié)點(diǎn))對(duì)其抗震性能的影響有待于進(jìn)一步研究；同時(shí)，型鋼再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理、破壞模式及其破壞形態(tài)和抗剪承載力設(shè)計(jì)方法也尚未報(bào)道。關(guān)于型鋼再生混凝土組合框架結(jié)構(gòu)地震損傷破壞機(jī)理的研究尚未涉及，且多為縮尺模型試驗(yàn)，缺乏足尺實(shí)驗(yàn)研究；此外，關(guān)于型鋼再生混凝土框架結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究幾乎沒(méi)有。

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(責(zé)任編輯楊小麗)

A review on mechanical performance of steel reinforced recycled concrete composite structures

MA Hui1, MAO Zhaowei1, XUE Jianyang2, CHEN Zongping3, LIU Yunhe1

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China;2.School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China;3.School of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China)

In order to further promote the development and the application of steel reinforced recycled concrete (SRRC) composite structures，on the basis of introducing the research background of SRRC composite structure, this paper mainly analyzes the bond-slip performances between steel and recycled concrete, the flexure and shear performances of SRRC beams, the axial compression, eccentric compression and seismic performance of SRRC columns, the mechanical properties of SRRC beams and columns after high temperature, and the seismic performances of SRRC beam-column joints and frame structure. Some problems remaining to be further solved and suggestions for further studies of SRRC composite structure are also recommended, providing the technical reference for the popularization and application of SRRC composite structure.

steel reinforced recycled concrete; composite structure; mechanical performance; seismic performance; research status

1006-4710(2016)02-0149-09

10.19322/j.cnki.issn.1006-4710.2016.02.004

2015-11-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51408485，51178384)；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015M572585)； 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015-K2-011)；陜西省高校科協(xié)青年人才托舉計(jì)劃資助項(xiàng)目(20150114)；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2016JQ5024)；西安市建設(shè)科技資助項(xiàng)目(SJW2014025)；西安理工大學(xué)科學(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015ZRPT003)

馬輝，男，副教授，博士，研究方向?yàn)殇撆c混凝土組合結(jié)構(gòu)及再生混凝土結(jié)構(gòu)。E-mail: mahuiwell@163.com

TU398.9

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