型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能研究現(xiàn)狀

石 陽(yáng)

（黑龍江科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022）

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)

1） 型鋼梁柱混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件是由型鋼梁柱、主筋、箍筋及混凝土結(jié)構(gòu)組合而成。即核心部分有型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其外部則為以箍筋約束并配置適當(dāng)縱向受力主筋的混凝土結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)利用型鋼、鋼筋與混凝土協(xié)同作用的原理，大大提高了結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、抗震性能。自密實(shí)混凝土在型鋼混凝土柱梁中的應(yīng)用，解決了型鋼框架中鋼筋密集部位的混凝土振搗不密實(shí)和振搗困難的施工難題。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在型鋼混凝土內(nèi)配置型鋼提高結(jié)構(gòu)的抗剪能力，從而減小柱梁截面尺寸。2） 型鋼柱與鋼筋混凝土梁節(jié)點(diǎn)連接，當(dāng)梁主筋遇到十字型鋼骨柱時(shí),節(jié)點(diǎn)部位鋼筋不能貫通處，一側(cè)在鋼柱翼緣板上焊接機(jī)械連接套筒（梁鋼筋與套筒連接），套筒類(lèi)型為專(zhuān)用焊接套筒，另一側(cè)在鋼柱翼緣板上焊接牛腿連接板，鋼筋混凝土梁主筋與連接板焊接；其余鋼筋混凝土梁主筋采用型鋼柱梁腹板穿孔、梁角筋錨入柱的方式。3） 縱向受力鋼筋在節(jié)點(diǎn)部位不能貫通處，按照設(shè)計(jì)要求焊接拉結(jié)板，對(duì)核心區(qū)進(jìn)行加強(qiáng)，使核心區(qū)的縱向鋼筋受力呈現(xiàn)線性傳遞，避免型鋼構(gòu)件的翼緣板產(chǎn)生集中受力導(dǎo)致劈裂破壞，拉結(jié)鋼板上提前預(yù)留直徑不小于80mm 的混凝土澆筑孔。

2 型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能研究

上世紀(jì)80 年代我國(guó)開(kāi)始對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工程實(shí)踐的迫切需求，使型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在我國(guó)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，我國(guó)在對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究中也取得不朽的成績(jī)。

2.1 研究現(xiàn)狀

2002 年西安建筑科技大學(xué)的趙鴻鐵、薛建陽(yáng)對(duì)8 個(gè)配工字鋼的型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)在水平低周往復(fù)荷載作用下進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：剪切破壞是型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的主要破壞形式，型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的延性明顯優(yōu)于鋼筋混凝土。趙鴻鐵等人在型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，提出型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)的力學(xué)模型，編制了從加載到破壞的全過(guò)程分析程序。2006 年天津大學(xué)的張雪松等通過(guò)對(duì)型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)附近梁端型鋼的上、下翼緣采取狗骨式削弱進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：梁端型鋼翼緣狗骨式削弱可以把塑性鉸從梁端根部轉(zhuǎn)移到狗骨削弱處，從而防止焊縫因應(yīng)力集中發(fā)生脆性斷裂，進(jìn)一步改善梁塑性鉸區(qū)的抗剪性能和轉(zhuǎn)動(dòng)能力，提高SRC 節(jié)點(diǎn)的延性和耗能能力。2010 年清華大學(xué)宋天詣對(duì)型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁節(jié)點(diǎn)在外荷載作用下，同時(shí)樓板下部遭受火災(zāi)升、降溫過(guò)程后的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了溫度作用下各階段鋼和混凝土的熱力學(xué)性能，編制了材料本構(gòu)關(guān)系模型轉(zhuǎn)換子程序和可模擬鋼材高溫蠕變的子程序，并結(jié)合ABAQUS 有限元分析技術(shù)，建立了型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁節(jié)點(diǎn)的有限元分析模型。2017 年寧波大學(xué)裘哲俊通過(guò)對(duì)7 個(gè)1/2 縮尺的型鋼混凝土柱-鋼梁框架節(jié)點(diǎn)的低周往復(fù)加載試驗(yàn)，在考慮鋼梁與預(yù)制節(jié)點(diǎn)的連接方式、鋼梁與混凝土樓板的組合效應(yīng)的影響因素下進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：焊接、栓焊混合連接方式節(jié)點(diǎn)的承載力及剛度相當(dāng)，螺栓連接形式的節(jié)點(diǎn)耗能能力較差；鋼梁與樓板的組合效應(yīng)提高了節(jié)點(diǎn)承載力，但降低了節(jié)點(diǎn)塑性和轉(zhuǎn)動(dòng)能力。

2.2 影響節(jié)點(diǎn)抗震性能的因素

已有的型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)研究表明，影響節(jié)點(diǎn)抗震性能的主要因素有：混凝土材性、構(gòu)件的軸壓比、節(jié)點(diǎn)配箍率等。提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，可有效提高型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力和抗裂度；軸壓比的存在抑制了節(jié)點(diǎn)裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，使得節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂荷載和極限承載力均有所提高。由于軸向壓力的存在，核心區(qū)混凝土被施加了沿柱軸向的約束作用，使核心區(qū)主拉應(yīng)力的大小和方向發(fā)生改變，隨著軸壓力的增大，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的主拉應(yīng)力會(huì)減小，從而延緩核心區(qū)裂縫的出現(xiàn)，但是當(dāng)軸壓力過(guò)大時(shí)，可能會(huì)使節(jié)點(diǎn)的破壞由剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌浩茐?。試?yàn)表明：軸壓比過(guò)大，滯回曲線飽滿(mǎn)度會(huì)下降，結(jié)構(gòu)的延性、耗能能力都會(huì)變差；箍筋的存在對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土起到約束作用，能夠改善混凝土的變形性能，顯著提高核心混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著粗骨料取代率的提高，型鋼混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能稍有降低，主要表現(xiàn)為受力構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、耗能能力的降低;在延性方面，抗震性能由于粗骨料的加入，稍有提高?；炷料啾容^普通混凝土來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度、剛度較弱，但在延性方面稍有提高?，F(xiàn)有的研究表明，我國(guó)在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能和計(jì)算方法上取得了較大的發(fā)展。型鋼混凝結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)普通鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的不足，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景，應(yīng)加快對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究，為工程結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用提供參考價(jià)值。