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型钢混凝土组合结构研究进展

2018-08-15胡鹏飞罗辉辉陈琪琪

山西建筑 2018年13期
关键词:延性型钢抗震

胡鹏飞 罗辉辉 陈琪琪

(1.扬州大学建筑科学与工程学院,江苏 扬州 225127;2.扬州大学广陵学院,江苏 扬州 225127; 3.江苏筑森建筑设计股份有限公司,江苏 扬州 225127)

型钢混凝土(Steel Reinforced Concrete,以下简称SRC)组合结构[1]综合钢结构和钢筋混凝土结构两者的优点,既提高了混凝土结构承载力,又解决了钢结构耐火性能差的问题。因为型钢混凝土结构的高承载力、耐火性好和延性好等优点,得到广泛的应用,对促进我国建筑的发展做出了重大的贡献,有着不可替代的作用。

本文介绍了国内型钢混凝土组合结构近年来的研究进展,主要包括型钢混凝土梁受力性能和型钢混凝土异形柱、节点以及组合框架抗震性能四个方面,其中型钢混凝土梁主要介绍实腹式型钢混凝土梁研究进展,型钢混凝土柱主要介绍异形柱研究进展。

1 型钢混凝土梁受力性能

我国从20世纪80年代开始对型钢混凝土结构进行系统研究。其中实腹式型钢混凝土梁研究较多,为了研究实腹式型钢混凝土梁正截面受力性能,文献[2]中6家单位共设计35根型钢混凝土试验梁。试验结果表明:1)型钢混凝土梁有与钢筋混凝土类似的正截面受力性能,正常的受力情况下,型钢混凝土梁受力过程可以分为整体工作阶段、带裂缝工作阶段、弹塑性工作阶段和整体工作阶段。2)试验结果表明型钢混凝土梁符合平截面假定,并提出计算其正截面抗弯承载力的公式为了研究型钢混凝土梁斜截面受力性能,文献[2]中3家单位共设计49根试验梁。研究结果表明:1)型钢混凝土梁主要出现斜压和剪压两种破坏形态,但也存在少数发生粘结破坏的型钢混凝土梁;2)钢筋混凝土结构由于加入型钢,显著提高了构件的变形能力,改善了构件的延性性能。并结合试验结果,给出了型钢混凝土梁分别在集中荷载和均布荷载作用下受剪承载力建议公式。

基于研究成果,冶金工业部颁发《钢骨混凝土结构设计规程》[3]和建设部颁发《型钢混凝土组合结构技术规程》[1],两部规程主要适用于实腹式型钢混凝土梁,空腹式型钢混凝土梁尚无适用规范。

2 型钢混凝土柱抗震性能

异形柱是指截面形状为L形、T形、十字形或Z形的结构柱。近年来,有学者针对型钢混凝土异形柱的抗震性能进行试验研究。陈小刚等[4]对8根剪跨比为3,十字型钢混凝土柱进行了低周反复荷载试验,研究型钢混凝土柱的抗震性能。主要分析了试验构件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数和耗能能力。

刘祖强等[5]为研究实腹式型钢混凝土T形柱的力学性能,完成了5个试件的低周反复加载试验,获得了滞回曲线和骨架曲线,分析了轴压比和配钢率对承载力和变形性能的影响。

3 型钢混凝土梁柱节点抗震性能

型钢混凝土梁柱节点的好与坏对整个结构的安全起着至关重要的作用,许多学者开始关注节点安全,研究节点的力学性能。

部分学者对矩形截面柱组合框架节点进行了试验研究。陈丽华等[6]通过设计两种不同的构造形式共4个外包钢—混凝土组合梁与钢筋混凝土柱的连接节点的低周反复荷载试验研究。对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性和钢筋、钢板的应变等性能进行探讨。王秋维等[7]设计了正十字形和斜向十字形两种异试件节点试件并对其开展低周反复荷载试验,研究了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、剪切变形和钢材应变。

部分学者还对异形柱框架节点进行了试验研究。陈宗平等[8]为了研究型钢混凝土十形截面柱—梁框架节点在平面受力与空间受力状态下受低周循环荷载作用的滞回性能,以柱截面配钢形式和水平加载角度为变化参数,进行了4个平面和3个空间十形截面柱—梁节点的低周反复加载试验。比较研究了两类节点在破坏形态、滞回曲线、承载能力、耗能能力及变形延性等抗震性能指标上的差异。随后薛建阳等[9]设计不同位置共22个异形柱节点,开展低周往复加载试验,研究其受力过程和破坏形态。

预应力作用将会对框架节点抗震性能产生一定影响,但目前对这类框架节点的研究相对较少。金怀印等[10]通过5个试件的低周反复荷载试验,对预应力型钢混凝土梁—钢管混凝土柱节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、强度与变形特征值、延性、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为系统的研究,分析了预应力、轴压比、预应力筋穿越钢管壁的成孔方法(先成孔与后成孔)等因素对节点抗震性能的影响。

4 型钢混凝土组合框架抗震性能

目前国内对型钢混凝土组合框架的抗震性能研究相对较少。

李忠献等[11]为了研究翼缘削弱的型钢混凝土框架的抗震性能,对1榀框架开展低周反复荷载试验,分析了框架模型的延性、耗能、强度降低、刚度退化以及破坏机制。

薛建阳等[12,13]对2榀两跨三层的框架模型进行低周反复加载试验,分别研究实腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中、边框架的抗震性能。观察其受力过程及破坏形态、分析其荷载—位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性、耗能以及刚度退化等力学特性。

王琨等[14-16]分别开展型钢混凝土梁—角钢混凝土柱组合框架和钢管混凝土柱—钢骨混凝土梁组合框架试件的水平低周往复加载试验,考察这两类组合框架的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形、破坏形态等抗震性能。并基于试验结果,建立组合框架数值模型,开展力学性能和滞回全过程分析。

贾冬青等[17]为研究钢骨超高强混凝土柱—钢骨混凝土梁组合框架的抗震性能,完成了两个两跨三层框架模型的低周反复荷载试验,观察其破坏形态、荷载—位移滞回曲线、水平承载力、位移延性、耗能能力、承载力退化和刚度退化。

方有珍等[18]为研究T形件焊接加强型节点卷边PEC柱—钢梁组合框架层间倒塌机理,对1榀组合框架开展拟静力试验,分析其滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、变形模式和倒塌破坏机构等抗震性能。

5 结语

1)加强空腹式型钢混凝土梁研究;节点和组合框架抗震性能研究较少,且试验大部分为拟静力试验。

2)应进一步研究节点和组合框架空间性能和动力试验研究;加强数值模拟与试验的结合研究预应力技术对型钢混凝土结构的影响。

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