型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

胡鵬飛　羅輝輝　陳琪琪

(1.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州　225127;2.揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州　225127;　3.江蘇筑森建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州　225127)

型鋼混凝土(Steel Reinforced Concrete，以下簡稱SRC)組合結(jié)構(gòu)[1]綜合鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)點(diǎn)，既提高了混凝土結(jié)構(gòu)承載力，又解決了鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差的問題。因?yàn)樾弯摶炷两Y(jié)構(gòu)的高承載力、耐火性好和延性好等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用，對促進(jìn)我國建筑的發(fā)展做出了重大的貢獻(xiàn)，有著不可替代的作用。

本文介紹了國內(nèi)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)近年來的研究進(jìn)展，主要包括型鋼混凝土梁受力性能和型鋼混凝土異形柱、節(jié)點(diǎn)以及組合框架抗震性能四個(gè)方面，其中型鋼混凝土梁主要介紹實(shí)腹式型鋼混凝土梁研究進(jìn)展，型鋼混凝土柱主要介紹異形柱研究進(jìn)展。

1　型鋼混凝土梁受力性能

我國從20世紀(jì)80年代開始對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)研究。其中實(shí)腹式型鋼混凝土梁研究較多，為了研究實(shí)腹式型鋼混凝土梁正截面受力性能，文獻(xiàn)[2]中6家單位共設(shè)計(jì)35根型鋼混凝土試驗(yàn)梁。試驗(yàn)結(jié)果表明：1)型鋼混凝土梁有與鋼筋混凝土類似的正截面受力性能，正常的受力情況下，型鋼混凝土梁受力過程可以分為整體工作階段、帶裂縫工作階段、彈塑性工作階段和整體工作階段。2)試驗(yàn)結(jié)果表明型鋼混凝土梁符合平截面假定，并提出計(jì)算其正截面抗彎承載力的公式為了研究型鋼混凝土梁斜截面受力性能，文獻(xiàn)[2]中3家單位共設(shè)計(jì)49根試驗(yàn)梁。研究結(jié)果表明：1)型鋼混凝土梁主要出現(xiàn)斜壓和剪壓兩種破壞形態(tài)，但也存在少數(shù)發(fā)生粘結(jié)破壞的型鋼混凝土梁；2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于加入型鋼，顯著提高了構(gòu)件的變形能力，改善了構(gòu)件的延性性能。并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，給出了型鋼混凝土梁分別在集中荷載和均布荷載作用下受剪承載力建議公式。

基于研究成果，冶金工業(yè)部頒發(fā)《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》[3]和建設(shè)部頒發(fā)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]，兩部規(guī)程主要適用于實(shí)腹式型鋼混凝土梁，空腹式型鋼混凝土梁尚無適用規(guī)范。

2　型鋼混凝土柱抗震性能

異形柱是指截面形狀為L形、T形、十字形或Z形的結(jié)構(gòu)柱。近年來，有學(xué)者針對型鋼混凝土異形柱的抗震性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。陳小剛等[4]對8根剪跨比為3，十字型鋼混凝土柱進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究型鋼混凝土柱的抗震性能。主要分析了試驗(yàn)構(gòu)件的破壞形態(tài)、滯回曲線、骨架曲線、延性系數(shù)和耗能能力。

劉祖強(qiáng)等[5]為研究實(shí)腹式型鋼混凝土T形柱的力學(xué)性能，完成了5個(gè)試件的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，獲得了滯回曲線和骨架曲線，分析了軸壓比和配鋼率對承載力和變形性能的影響。

3　型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)抗震性能

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的好與壞對整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全起著至關(guān)重要的作用，許多學(xué)者開始關(guān)注節(jié)點(diǎn)安全，研究節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。

部分學(xué)者對矩形截面柱組合框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。陳麗華等[6]通過設(shè)計(jì)兩種不同的構(gòu)造形式共4個(gè)外包鋼—混凝土組合梁與鋼筋混凝土柱的連接節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究。對節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、滯回曲線、強(qiáng)度、延性和鋼筋、鋼板的應(yīng)變等性能進(jìn)行探討。王秋維等[7]設(shè)計(jì)了正十字形和斜向十字形兩種異試件節(jié)點(diǎn)試件并對其開展低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究了試件的破壞特征、滯回曲線、骨架曲線、剪切變形和鋼材應(yīng)變。

部分學(xué)者還對異形柱框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。陳宗平等[8]為了研究型鋼混凝土十形截面柱—梁框架節(jié)點(diǎn)在平面受力與空間受力狀態(tài)下受低周循環(huán)荷載作用的滯回性能，以柱截面配鋼形式和水平加載角度為變化參數(shù),進(jìn)行了4個(gè)平面和3個(gè)空間十形截面柱—梁節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。比較研究了兩類節(jié)點(diǎn)在破壞形態(tài)、滯回曲線、承載能力、耗能能力及變形延性等抗震性能指標(biāo)上的差異。隨后薛建陽等[9]設(shè)計(jì)不同位置共22個(gè)異形柱節(jié)點(diǎn)，開展低周往復(fù)加載試驗(yàn)，研究其受力過程和破壞形態(tài)。

預(yù)應(yīng)力作用將會(huì)對框架節(jié)點(diǎn)抗震性能產(chǎn)生一定影響，但目前對這類框架節(jié)點(diǎn)的研究相對較少。金懷印等[10]通過5個(gè)試件的低周反復(fù)荷載試驗(yàn),對預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁—鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)的受力過程、破壞形態(tài)、滯回曲線、骨架曲線、強(qiáng)度與變形特征值、延性、變形恢復(fù)能力、剛度退化、耗能能力等抗震性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，分析了預(yù)應(yīng)力、軸壓比、預(yù)應(yīng)力筋穿越鋼管壁的成孔方法(先成孔與后成孔)等因素對節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。

4　型鋼混凝土組合框架抗震性能

目前國內(nèi)對型鋼混凝土組合框架的抗震性能研究相對較少。

李忠獻(xiàn)等[11]為了研究翼緣削弱的型鋼混凝土框架的抗震性能，對1榀框架開展低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，分析了框架模型的延性、耗能、強(qiáng)度降低、剛度退化以及破壞機(jī)制。

薛建陽等[12,13]對2榀兩跨三層的框架模型進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)，分別研究實(shí)腹式型鋼混凝土(SRC)異形柱中、邊框架的抗震性能。觀察其受力過程及破壞形態(tài)、分析其荷載—位移滯回曲線和骨架曲線、承載能力、層間位移角、延性、耗能以及剛度退化等力學(xué)特性。

王琨等[14-16]分別開展型鋼混凝土梁—角鋼混凝土柱組合框架和鋼管混凝土柱—鋼骨混凝土梁組合框架試件的水平低周往復(fù)加載試驗(yàn)，考察這兩類組合框架的滯回特性、骨架曲線、剛度退化、耗能能力、殘余變形、破壞形態(tài)等抗震性能。并基于試驗(yàn)結(jié)果，建立組合框架數(shù)值模型，開展力學(xué)性能和滯回全過程分析。

賈冬青等[17]為研究鋼骨超高強(qiáng)混凝土柱—鋼骨混凝土梁組合框架的抗震性能，完成了兩個(gè)兩跨三層框架模型的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，觀察其破壞形態(tài)、荷載—位移滯回曲線、水平承載力、位移延性、耗能能力、承載力退化和剛度退化。

方有珍等[18]為研究T形件焊接加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)卷邊PEC柱—鋼梁組合框架層間倒塌機(jī)理，對1榀組合框架開展擬靜力試驗(yàn)，分析其滯回特性、承載力、抗側(cè)剛度、耗能能力、變形模式和倒塌破壞機(jī)構(gòu)等抗震性能。

5　結(jié)語

1)加強(qiáng)空腹式型鋼混凝土梁研究；節(jié)點(diǎn)和組合框架抗震性能研究較少，且試驗(yàn)大部分為擬靜力試驗(yàn)。

2)應(yīng)進(jìn)一步研究節(jié)點(diǎn)和組合框架空間性能和動(dòng)力試驗(yàn)研究；加強(qiáng)數(shù)值模擬與試驗(yàn)的結(jié)合研究預(yù)應(yīng)力技術(shù)對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的影響。