改善小跨高比連梁抗震性能方法研究進(jìn)展

馬士俊張愛(ài)社

(山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101)

0 引言

連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)在平面內(nèi)連接兩墻肢之間的梁，是保證高層建筑常用結(jié)構(gòu)體系抗震性能的關(guān)鍵構(gòu)件[1]。剪力墻中連梁通常梁高較大，跨度相對(duì)較小，在高層民用建筑中的連梁，跨高比＜2.5，屬于小跨高比連梁。在水平荷載作用下，在連梁梁端產(chǎn)生較大的約束彎矩與剪力，使連梁產(chǎn)生較大的剪切變形，易于發(fā)生延性較差的剪切破壞[2]。連梁的3種破壞形態(tài)分別是彎曲滑移型破壞、彎曲剪切型破壞以及剪切型破壞[3]。設(shè)計(jì)合理的連梁在地震作用下，將先于墻肢屈服，在連梁梁端出現(xiàn)塑性鉸，其他部分保持彈性，消耗地震能量，達(dá)到耗能減震的目的，同時(shí)減少主體結(jié)構(gòu)的損壞[4]。GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于連梁的設(shè)計(jì)要求是將連梁以跨高比為分界線，跨高比＞2.5的連梁按普通梁進(jìn)行計(jì)算，跨高比＜2.5的連梁稱為小跨高比連梁，按連梁的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算[5]。

針對(duì)小跨高比連梁，許多學(xué)者相繼展開(kāi)研究，總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者改善小跨高比連梁的抗震性能方法，可解決實(shí)際中小跨高比連梁在地震作用中易發(fā)生脆性的剪切破壞問(wèn)題，為提高高層民用建筑的抗震性能提供參考依據(jù)。文章將圍繞新型配筋形式連梁，鋼—混凝土組合連梁，可更換連梁，新型截面形式連梁以及新型混凝土材料連梁5種改善抗震性能的方法進(jìn)行總結(jié)闡述。

1 新型配筋形式改善抗震性能

采用新型的配筋形式是改善小跨高比連梁抗震性能的最常見(jiàn)的方式，從20世紀(jì)60年代末期，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼提出不同的新型配筋形式。

1.1 交叉暗撐配筋形式

20世紀(jì)60年代末，Paulay等[6]最早提出對(duì)角斜筋的連梁配筋方案，之后進(jìn)一步沿斜向配箍形成交叉暗撐配筋形式，其構(gòu)造如圖1(a)所示。連梁中的交叉斜筋可以同時(shí)起到抗剪和抗彎作用，沿對(duì)角線布置的斜筋一向受拉，另一向受壓。2組鋼筋在梁端截面中將以其軸力的豎向分量參與抗剪，從而減輕量?jī)?nèi)其與抗剪成分的負(fù)擔(dān)，不僅可以防止混凝土發(fā)生剪切破壞，而且可以避免梁端的剪切滑移。同時(shí)交叉暗撐的箍筋能為斜向混凝土提供一定約束，并能推遲受壓斜筋在連梁出平面方向的壓屈失穩(wěn)。該方案先后在美國(guó)、新西蘭、加拿大、歐洲和中國(guó)的規(guī)范中使用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼對(duì)對(duì)角暗柱配筋形式進(jìn)行驗(yàn)證。采用此種配筋形式的剪力墻的開(kāi)裂荷載以及極限承載力都有較大提高，增強(qiáng)了剪力墻的變形能力的同時(shí)，耗能能力得到極大優(yōu)化[7]。但對(duì)角交叉暗柱配筋在寬度方向需要配置大量縱筋及箍筋，因此在寬度較小的連梁中鋼筋綁扎困難，不宜施工。在 GB 50010—2010中規(guī)定，當(dāng)連梁寬度＞400 mm時(shí)，宜采用此種配筋形式[5]。

1.2 對(duì)角斜筋配筋形式

1980年，Barney[8]提出對(duì)對(duì)角暗柱配筋進(jìn)行簡(jiǎn)化，形成對(duì)角交叉斜筋形式，如圖1(b)所示。隨著荷載增大，連梁在裂縫處發(fā)生滑移直至破壞。該方案可以使小跨高比連梁取得較好的延性和耗能能力。同時(shí)混凝土強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)承載力、抗震性能起主要作用。在對(duì)角斜筋配筋形式中，斜向鋼筋的走向與連梁彎矩的發(fā)展方向一致，連梁的抗剪與抗彎都由斜向鋼筋承擔(dān)，但也存在一些不足，實(shí)際情況中連梁的反彎點(diǎn)并不一定在連梁跨中位置，因此連梁的受力并不能完美符合斜向配筋的走向。而且當(dāng)連梁兩側(cè)的混凝土被壓碎開(kāi)始剝落的時(shí)候，斜向鋼筋將被壓屈，對(duì)角斜筋配筋形式的連梁將發(fā)生劈拉式剪切破壞[9]。

1.3 菱形配筋形式

為了在小跨高比連梁中避免混凝土連梁的脆性破壞，Tegos等[10]將主筋布置成菱形桁架式，形成菱形配筋形式，其構(gòu)造如圖1(c)所示。在連梁中簡(jiǎn)單加設(shè)4組折線形鋼筋，菱形筋更好的符合連梁彎矩的變化規(guī)律，菱形配筋形式中的斜向配筋隨著連梁長(zhǎng)度減短而斜率更大，越接近于連梁的剪力方向，因此在跨高比越小的連梁中，菱形筋的抗剪能力越強(qiáng)。對(duì)菱形配筋方案的研究表明，相比于交叉暗柱配筋形式的連梁，對(duì)角斜筋配筋形式與菱形配筋形式的鋼筋走向雖能符合連梁的剪力發(fā)展方向，但延性系數(shù)只提高到約2.0～3.0的水準(zhǔn)，個(gè)別情況略＞4.0，且耗能一般[11]。

1.4 綜合配筋形式

傅劍平等[12]在菱形配筋基礎(chǔ)上加設(shè)對(duì)角斜筋，從而形成新型的綜合配筋形式，如圖1(d)所示。其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在雙向交叉斜向鋼筋在連梁腹板內(nèi)布置較分散且均勻，不僅可以有效防止過(guò)早發(fā)生的錯(cuò)動(dòng)型剪切破壞，而且能使腹板混凝土沿斜向較均勻受壓，斜筋分擔(dān)了部分斜向壓力，而L形筋還提供了少量側(cè)向約束，因此由梁腹板混凝土斜向壓潰導(dǎo)致的剪切破壞發(fā)生較遲，使連梁發(fā)揮出良好延性。對(duì)綜合配筋形式與單獨(dú)配置菱形鋼筋方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示綜合配筋形式連梁的裂縫分布更均勻，同時(shí)綜合配筋形式連梁中的對(duì)角斜筋以及菱形筋配的越多，連梁的延性以及耗能能力就越好，在一定范圍內(nèi)，配筋率與連梁的延性成正比。通過(guò)對(duì)不同配筋形式的小跨高比連梁進(jìn)行數(shù)值分析結(jié)果表明，相比于交叉暗撐配筋以及對(duì)角斜筋配筋，綜合配筋形式的連梁鋼筋應(yīng)力和連梁裂縫分布更加均勻[13]。

1.5 其他配筋形式

根據(jù)拉桿一壓桿模型和軟化壓桿—拉桿模型的原理，梁興文等[14]把連梁中的箍筋分為3層，每一層約束2層縱筋，其構(gòu)造如圖1(e)所示。由于沿連梁截面高度配置了3層箍筋，箍筋對(duì)混凝土的約束作用增強(qiáng)，提高了混凝土斜壓桿的受壓承載力，使得混凝土剛度退化程度降低；因每層箍筋的拉力傳遞給構(gòu)造鋼筋并在此處得到平衡，從而傳遞給混凝土的拉力明顯降低，減少了其軟化程度，提高了桁架—拱模型中斜壓桿的承載力。通過(guò)對(duì)3層箍筋配筋方案的連梁進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其連梁相比于普通配筋形式的連梁耗能更強(qiáng)，延性更好。隨后，張敬書(shū)等[15]提出一種強(qiáng)化配筋形式，其采用加密腰筋間距，在截面中部設(shè)置鋼筋網(wǎng)片的方案，強(qiáng)化配筋連梁不僅具有較高的抗剪承載力，同時(shí)相比于其他配筋形式施工更為簡(jiǎn)單。

圖1 新型配筋形式連梁構(gòu)造圖

對(duì)于小跨高比連梁，為使連梁強(qiáng)度和延性二者兼顧，目前新型配筋形式是最有效的辦法。當(dāng)跨高比＜1.5時(shí)，由于交叉斜筋能抑制梁內(nèi)交叉裂縫，且配筋符合連梁應(yīng)力分布，對(duì)角暗柱配筋較為合理，但此種配筋形式要求墻厚一般＞350 mm，以便于施工。3層箍筋配筋形式雖然對(duì)角斜壓桿的作用上不如交叉暗撐方案好，但對(duì)抵抗整個(gè)連梁形成的斜壓力場(chǎng)有更大優(yōu)勢(shì)。對(duì)角交叉暗柱通過(guò)犧牲施工便捷來(lái)?yè)Q取較優(yōu)的抗震性能，3層箍筋形式不僅抗震性能優(yōu)良而且施工簡(jiǎn)便。當(dāng)跨高比＞1.5時(shí)，剪力傳遞主要是通過(guò)對(duì)角斜壓桿和斜拉桿，綜合配筋方案更能表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

2 鋼—混凝土和可更換構(gòu)件改善抗震性能

2.1 采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)

在高抗震設(shè)防地區(qū)和高抗震性能要求的建筑結(jié)構(gòu)中，連梁延性和耗能能力很難滿足要求。為此，20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究新的連梁形式——鋼—混凝土組合連梁。這種連梁兼有鋼連梁和混凝土連梁的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的承載力和位移延性。

2.1.1 型鋼連梁和勁性混凝土連梁

對(duì)于鋼—混凝土組合連梁的研究最早起始于美國(guó)辛辛那提大學(xué)對(duì)型鋼連梁的研究[16]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)型鋼連梁的滯回曲線飽滿，承載力退化少，適用于強(qiáng)烈度抗震設(shè)防的地區(qū)。型鋼連梁與鋼筋混凝土剪力墻組成的組合結(jié)構(gòu)相輔相成，這種組合結(jié)構(gòu)不僅強(qiáng)度高、剛度大，同時(shí)延性以及耗能能力都表現(xiàn)良好。2017年鋼連梁成功用于馬來(lái)西亞吉隆坡的標(biāo)志塔[17]結(jié)構(gòu)中，該鋼連梁結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度更大，設(shè)計(jì)合理。

韓小雷[18]首次提出帶型鋼的勁性混凝土連梁，構(gòu)造如圖2(a)所示。普通鋼筋混凝土剛性連梁多發(fā)生脆性破壞，而勁性混凝土剛性連梁發(fā)生彎曲破壞，耗能效果好。對(duì)帶型鋼的勁性混凝土連梁進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)，結(jié)果表明混凝土中加入鋼材可以有效提高連梁的抗剪承載力，增強(qiáng)延性以及耗能能力。勁性混凝土連梁破壞前塑性變形很大，即使外部混凝土破碎仍有很高的承載力，剛度退化不明顯，且表現(xiàn)出很強(qiáng)的耗能能力與抗震性能，型鋼在勁性混凝土連梁的破壞中起主導(dǎo)作用。同時(shí)型鋼混凝土連梁在實(shí)際工程中的應(yīng)用[19]，充分利用了型鋼良好的延展性能，使連梁尺寸得到極大優(yōu)化，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.2 鋼板混凝土連梁

由于型鋼會(huì)對(duì)墻肢中邊緣縱筋布置帶來(lái)困難，且施工時(shí)混凝土不易澆筑，為此研究者們對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，用鋼板代替型鋼得到鋼板混凝土連梁。鋼板混凝土連梁同樣能達(dá)到和型鋼混凝土連梁一樣的高延性高耗能，施工方便，且不影響墻肢內(nèi)鋼筋布置。

鋼板混凝土組合連梁[20]最初在 1999年由Subedi提出，如圖2(b)所示。鋼板混凝土的3種破壞形態(tài)分別為:彎曲破壞、剪切破壞以及斜向劈裂破壞。內(nèi)置鋼板不僅減小了梁截面面積，同時(shí)提高了梁剛度。許多學(xué)者對(duì)鋼板混凝土連梁進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明在鋼板混凝土連梁中，鋼板取代了腹筋，同時(shí)起到抗彎與抗剪的作用，增大鋼板的截面面積可以顯著提高連梁的抗震性能，含鋼率較高的連梁變形能力更好，承載能力顯著提高，滯回和耗能穩(wěn)定，延性更好。同時(shí)焊接在鋼板上的栓釘起到傳遞混凝土與鋼板間剪力的作用，增大栓釘?shù)臄?shù)量也能有效提高連梁的抗震性能。鋼板混凝土連梁的極限剪切承載力遠(yuǎn)高于現(xiàn)行規(guī)范[21-23]。

2.1.3 鋼管混凝土連梁

在鋼板混凝土連梁出現(xiàn)的同一年，Teng等[24]提出了在矩形鋼管內(nèi)灌注混凝土形成鋼管混凝土連梁，構(gòu)造如圖2(c)所示。由于內(nèi)部填充混凝土的約束作用，外包鋼管沒(méi)有發(fā)生屈服破壞，鋼管混凝土連梁最終因?yàn)殇摴苁芾砭壉焕讯茐?，鋼板承載力得到了充分發(fā)揮，達(dá)到了很高的極限承載力，而且后期剛度與剛度退化均很小。經(jīng)試驗(yàn)表明，外包鋼板混凝土組合連梁，試件的延性好、耗能能力強(qiáng)，但外包鋼管的制作較復(fù)雜，對(duì)于鋼管閉合處的焊縫的要求極高，同時(shí)鋼管內(nèi)混凝土澆筑較為困難。

圖2 鋼—混凝土組合連梁構(gòu)造圖

2.1.4 鋼桁架連梁

張?jiān)迄i等[25]提出的矩形鋼管混凝土疊合柱邊框內(nèi)藏鋼桁架深連梁聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)，如圖3所示。鋼桁架混凝土組合連梁延性好、承載力高、剛度退化慢、耗能能力強(qiáng)。胡強(qiáng)等[26-27]對(duì)鋼桁架連梁進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)和有限元模擬，結(jié)果表明，混凝土剪力墻中的桁架體系使得剪力墻的受力更均勻，整體剛度分布合理，且地震作用時(shí)的剪力傳遞機(jī)制以及剛度退化機(jī)制更加完善，合適的連梁尺寸才能保證連梁的抗震性能。

雖然鋼連梁抗震性能好，耗能和延性均表現(xiàn)出色，但鋼連梁的截面剛度較小，削弱了與墻肢之間的聯(lián)系，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的水平位移增大。同時(shí)鋼連梁耐火性能差，在火災(zāi)情況下，鋼連梁極易發(fā)生失穩(wěn)喪失承載力，安全性能低。目前工程中使用的鋼板—混凝土組合剪力墻有:(1)在傳統(tǒng)鋼筋混凝土剪力墻中埋置鋼板；(2)將鋼板包在混凝土外側(cè)，并通過(guò)一定的構(gòu)造措施使鋼板與混凝土協(xié)同作用。與型鋼相比，鋼板在與墻肢連接時(shí)不影響墻肢邊緣構(gòu)件中豎向縱向鋼筋的連續(xù)性，更方便施工。對(duì)于鋼桁架連梁，其設(shè)計(jì)要求在規(guī)范中并不完善，目前的實(shí)驗(yàn)研究以及實(shí)際應(yīng)用都太少，處在初期階段，同時(shí)鋼桁架連梁的受力機(jī)制以及傳力機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。鑒于鋼管混凝土施工復(fù)雜，所以鋼板混凝土連梁在改善小跨高比連梁抗震性能上的應(yīng)用更加成熟且有效。

圖3 鋼桁架連梁構(gòu)造圖

2.2 采用可更換構(gòu)件

Fortney等[28]提出可更換保險(xiǎn)絲連梁的概念?？筛鼡Q的保險(xiǎn)絲連梁是把一根工字鋼連梁分成3段，中間段的腹板被削弱成為保險(xiǎn)絲。這種保險(xiǎn)絲連梁的抗震性能表現(xiàn)良好，且中間段的腹板破壞后可以進(jìn)行更換。通過(guò)對(duì)安裝該連梁的框架剪力墻結(jié)構(gòu)整體模型進(jìn)行非線性時(shí)程分析，發(fā)現(xiàn)連梁塑性變形集中在“保險(xiǎn)絲”處，且結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度和剛度沒(méi)有降低。呂西林等[29]將可更換連梁定義為一種在地震后易于修復(fù)或更換的連梁，受損部位可拆卸，可更換部位一般通過(guò)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在腹板上采用菱形開(kāi)孔可增強(qiáng)耗能能力。

在可更換的保險(xiǎn)絲連梁這一概念提出后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者集思廣益，對(duì)可更換連梁這一概念提出各種附加摩擦阻尼耗能構(gòu)件的可更換連梁[30]，如黏彈性連接阻尼器連梁[31]、帶有 X型鋼板阻尼器的連梁[32]、梁截面削弱型黏彈性連梁阻尼器連梁[33]以及帶縫鋼板阻尼器連梁[34]。通過(guò)對(duì)這些附加摩擦阻尼器連梁的低周往復(fù)加載試驗(yàn)和數(shù)值分析，結(jié)果顯示附加摩擦阻尼耗能構(gòu)件的連梁通過(guò)自身變形，可以減小結(jié)構(gòu)的層間位移，提供給整體結(jié)構(gòu)更大的塑性變形能力，但對(duì)剛度和承載力削弱不大[35]。含可更換阻尼構(gòu)件的連梁耗能情況良好，滯回曲線飽滿；帶阻尼器的連梁比普通連梁耗能更好，但阻尼器變形后對(duì)樓板會(huì)產(chǎn)生不利影響。

近幾年，可更換連梁又出現(xiàn)了新的研究方向。帶約束屈曲鋼腹板的可更換鋼桁架連梁[36]，采用鋼板作為腹板，腹板與連梁通過(guò)螺栓連接，連梁的兩端與剪力墻鉸接；跨中截?cái)嗍娇筛鼡Q鋼連梁[37]，可以提高剪力墻的抗側(cè)剛度、承載力和耗能能力；功能自恢復(fù)連梁[38]，解決了剪力墻結(jié)構(gòu)體系存在的根本抗震問(wèn)題。對(duì)可更換連梁進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明:設(shè)置可更換連梁后結(jié)構(gòu)的殘余變形減小，且可更換構(gòu)件能夠集中損傷[39]。

可更換連梁，可更換耗能構(gòu)件的承載力、剛度以及耗能能力是今后研究的關(guān)鍵。同時(shí)可更換連梁耗能構(gòu)件還應(yīng)具備連接方便、造價(jià)低、性能可靠和易于施工等特點(diǎn)。目前在此方面的研究還都太少，有待后續(xù)進(jìn)一步的發(fā)展。

3 新型截面和新型材料改善抗震性能

3.1 新型截面形式

3.1.1 多連梁

清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)在深連梁中開(kāi)一道槽縫將一根連梁變成2根跨高比大一倍的普通連梁，雙連梁就此產(chǎn)生，構(gòu)造如圖4(a)所示?？绺弑仍龃笠槐兜膬筛B梁的受力情況與普通混凝土梁較為一致，但開(kāi)洞后的雙連梁延性較不開(kāi)洞連梁更好。此后又通過(guò)開(kāi)雙縫從而提出三連梁，如圖4(b)所示。通過(guò)雙連梁的低周往復(fù)加載實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在小跨高比連梁中設(shè)置水平通縫可有效防止連梁發(fā)生剪切破壞，雙連梁剪力墻結(jié)構(gòu)能有效降低連梁內(nèi)力，提高其延性[40]。小震下2分梁一起工作；在大震下，雙連梁各自工作，塑性變形能力更強(qiáng)，可以消耗大量地震能量。多連梁的構(gòu)造形式實(shí)際改變了連梁的受力機(jī)制，因此在設(shè)計(jì)多連梁時(shí)，不可以對(duì)多連梁按抗剪截面面積相等進(jìn)行簡(jiǎn)單的等效換算。于德湖等[41]對(duì)不同截面形式的連梁進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)多連梁的每個(gè)分梁截面尺寸應(yīng)相同，且每層連梁的高度＜0.3 m。連梁有良好的承載力儲(chǔ)備，兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)延性和剛度的要求。但通過(guò)對(duì)帶樓板的雙連梁進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，帶樓板的雙連梁屈服變形大，延性和耗能不如對(duì)角斜筋、交叉斜筋的連梁。

3.1.2 寬連梁

劉暢等[42]首次提出寬連梁形式。寬連梁即采用了增大連梁兩側(cè)或單側(cè)跨中截面尺寸的設(shè)計(jì)，提高更大的抗剪截面面積，有效解決了連梁受剪承載力不足的問(wèn)題。根據(jù)抗彎剛度等效原則確定的寬連梁截面尺寸，可以保持寬連梁與普通連梁結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的一致性。通過(guò)數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，與相同抗彎剛度的普通連梁相比，寬連梁的跨高比增大，其轉(zhuǎn)動(dòng)能力、延性與耗能能力明顯增強(qiáng)；罕遇地震作用下，寬連梁剪力墻結(jié)構(gòu)在最大層間位移角、塑性鉸分布、連梁剪力、受剪承載力等方面均顯著優(yōu)于普通連梁剪力墻結(jié)構(gòu)。

圖4 多連梁構(gòu)造圖

通過(guò)在深連梁中加縫形成多連梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)，與普通連梁相比有3大優(yōu)點(diǎn):(1)能較好降低連梁內(nèi)力；(2)能設(shè)置不同的連梁間距，便于建筑設(shè)備、管線的布置；(3)能通過(guò)個(gè)性化設(shè)計(jì)多連梁的每個(gè)連梁，使每根連梁在不同階段實(shí)現(xiàn)不同的性能目標(biāo)。但是多連梁降低了連梁與剪力墻墻肢之間整體的剛度，削弱了對(duì)墻肢的約束作用，同時(shí)多連梁端部的抗剪機(jī)理同普通連梁并沒(méi)有改變，因此塑性鉸區(qū)域的剪切滑移問(wèn)題并沒(méi)有從根本上得到改變。多連梁與寬連梁都是通過(guò)降低連梁截面高度來(lái)增大跨高比，如何和原來(lái)的小跨高比連梁進(jìn)行剛度等效還是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，且對(duì)于多連梁以及寬連梁的研究多于數(shù)值分析，并沒(méi)有大量的試驗(yàn)以及實(shí)際工程來(lái)提供依據(jù)。

3.2 新型材料

對(duì)于連梁的延性和抗剪承載力的影響因素，主要有跨高比、剪壓比以及混凝土材料，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者從新型混凝土材料入手，通過(guò)改變連梁的受力以及傳力性能來(lái)提高連梁的抗震性能。

3.2.1 鋼纖維混凝土連梁

在混凝土中摻入鋼纖維，得到鋼纖維混凝土。鋼纖維可有效地防止混凝土保護(hù)層、斜裂縫面上以及剪壓區(qū)的混凝土在達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)發(fā)生酥裂和剝落，連梁滯回曲線的捏縮現(xiàn)象得到了改善，而增大配筋率不能緩解滯回曲線的捏縮現(xiàn)象。鋼纖維混凝土改善了混凝土的脆性，之后被很多學(xué)者采用。車佳玲等[43]通過(guò)對(duì)不同鋼纖維體積摻量的連梁進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明對(duì)于只有材料不同的連梁，鋼纖維混凝土連梁的抗剪承載力更高，耗能情況更好，剛度退化緩慢，有效的提高了連梁的延性。當(dāng)混凝土開(kāi)裂時(shí)，鋼纖維可以有效的束縛混凝土上的裂縫發(fā)展，使得裂縫的分布更加均勻，優(yōu)化了剪力的傳遞。同時(shí)采用鋼纖維混凝土的連梁破壞形態(tài)多為延性的彎曲破壞，從根本上改善了連梁的抗震性能。

3.2.2 纖維增強(qiáng)混凝土連梁

在鋼纖維混凝土問(wèn)世后，有學(xué)者思考在普通混凝土里摻入各種其他的高強(qiáng)有機(jī)纖維。Canbolat等[44]在普通混凝土里摻入高強(qiáng)有機(jī)纖維得到纖維增強(qiáng)混凝土。纖維增強(qiáng)混凝土中的高強(qiáng)有機(jī)纖維可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剪切和彎曲響應(yīng)，硬化過(guò)程中可以使連梁局部得到強(qiáng)化。車佳玲等[43]對(duì)對(duì)角斜纖維增強(qiáng)混凝土小跨高比連梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬分析得到，纖維增強(qiáng)混凝土的抗拉強(qiáng)度與延性都高于普通混凝土，高性能纖維復(fù)合材料延緩了混凝土開(kāi)裂。在同樣配筋情況下，相比普通鋼筋混凝土連梁，抗剪承載力有一定提高，而且剛度退化較好，抗震性能良好。用纖維增強(qiáng)混凝土材料制作的剪力墻連梁，表現(xiàn)出良好的延性與耗能性能，在中低度抗震設(shè)防時(shí)，高強(qiáng)有機(jī)纖維可以替代部分箍筋。

采用新型混凝土材料的連梁仍是現(xiàn)今較為新穎的方式，通過(guò)鋼纖維混凝土以及各種纖維增強(qiáng)混凝土，從根本上改善了連梁的抗震性能，但對(duì)于各種新型材料的連梁，對(duì)于其破壞形態(tài)及傳力機(jī)理的了解還有待完善，目前國(guó)內(nèi)的規(guī)范，對(duì)于新型混凝土材料連梁并沒(méi)有要求，在國(guó)內(nèi)還處在一個(gè)較為空白的階段。

4 展望

新型截面形式是最早被用于改進(jìn)連梁抗震性能的，同時(shí)其也是目前最為普遍且最為成熟的方法。鋼—混凝土組合連梁的抗剪承載力高，抗震性能好，耗能和延性均表現(xiàn)出色?？筛鼡Q連梁造價(jià)低，易于施工，耗能能力強(qiáng)。采用新型截面形式的連梁施工簡(jiǎn)單，延性最好，且成本最低。采用新型混凝土材料的連梁從根本上提高了連梁的抗震性能，優(yōu)化了連梁的破壞形態(tài)。

在前人研究的基礎(chǔ)上，今后的研究可以圍繞下面幾個(gè)方面進(jìn)行:(1)鋼—混凝土組合連梁的受力機(jī)制、傳力機(jī)理以及破壞形式和承載力影響因素還有待研究，國(guó)內(nèi)對(duì)于此方面的研究較少。鋼板與混凝土的粘結(jié)問(wèn)題，以及連梁與混凝土墻肢的連接問(wèn)題都關(guān)系到連梁整體性能的發(fā)揮，鋼板與混凝土之間如何更好的協(xié)同作用還有待研究。(2)對(duì)于新型截面形式的連梁的研究多于數(shù)值分析，并沒(méi)有大量的試驗(yàn)以及實(shí)際工程來(lái)提供依據(jù)，如何與原來(lái)的小跨高比連梁進(jìn)行剛度等效還是一個(gè)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，未來(lái)可補(bǔ)充其相關(guān)規(guī)范。(3)對(duì)于采用新型混凝土材料的連梁的受力機(jī)制、傳力機(jī)理的研究還有待完善，破壞形態(tài)還有待考究，選用高延性、高耗能、抗剪能力強(qiáng)的新材料連梁是今后的發(fā)展趨勢(shì)。(4)可更換連梁耗能能力強(qiáng)，施工簡(jiǎn)單，如何提高耗能構(gòu)件的承載力和剛度是今后研究的重點(diǎn)。