型鋼混凝土框架節(jié)點抗震性能研究現(xiàn)狀

石 陽

（黑龍江科技大學建筑工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022）

1 結(jié)構(gòu)特點及主要技術(shù)指標

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。自密實混凝土在型鋼混凝土柱梁中的應用，解決了型鋼框架中鋼筋密集部位的混凝土振搗不密實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)點連接，當梁主筋遇到十字型鋼骨柱時,節(jié)點部位鋼筋不能貫通處，一側(cè)在鋼柱翼緣板上焊接機械連接套筒（梁鋼筋與套筒連接），套筒類型為專用焊接套筒，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)點部位不能貫通處，按照設計要求焊接拉結(jié)板，對核心區(qū)進行加強，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)生集中受力導致劈裂破壞，拉結(jié)鋼板上提前預留直徑不小于80mm 的混凝土澆筑孔。

2 型鋼混凝土框架節(jié)點抗震性能研究

上世紀80 年代我國開始對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)的研究，經(jīng)濟的快速發(fā)展和工程實踐的迫切需求，使型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)在我國得到了越來越廣泛的應用，我國在對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究中也取得不朽的成績。

2.1 研究現(xiàn)狀

2002 年西安建筑科技大學的趙鴻鐵、薛建陽對8 個配工字鋼的型鋼混凝土梁柱節(jié)點在水平低周往復荷載作用下進行試驗研究，結(jié)果表明：剪切破壞是型鋼混凝土節(jié)點的主要破壞形式，型鋼混凝土節(jié)點的延性明顯優(yōu)于鋼筋混凝土。趙鴻鐵等人在型鋼混凝土框架節(jié)點試驗分析的基礎上，提出型鋼混凝土框架節(jié)點的力學模型，編制了從加載到破壞的全過程分析程序。2006 年天津大學的張雪松等通過對型鋼混凝土節(jié)點核心區(qū)附近梁端型鋼的上、下翼緣采取狗骨式削弱進行試驗研究，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，從而防止焊縫因應力集中發(fā)生脆性斷裂，進一步改善梁塑性鉸區(qū)的抗剪性能和轉(zhuǎn)動能力，提高SRC 節(jié)點的延性和耗能能力。2010 年清華大學宋天詣對型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁節(jié)點在外荷載作用下，同時樓板下部遭受火災升、降溫過程后的力學性能進行了試驗研究，分析了溫度作用下各階段鋼和混凝土的熱力學性能，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)點的有限元分析模型。2017 年寧波大學裘哲俊通過對7 個1/2 縮尺的型鋼混凝土柱-鋼梁框架節(jié)點的低周往復加載試驗，在考慮鋼梁與預制節(jié)點的連接方式、鋼梁與混凝土樓板的組合效應的影響因素下進行試驗研究，結(jié)果表明：焊接、栓焊混合連接方式節(jié)點的承載力及剛度相當，螺栓連接形式的節(jié)點耗能能力較差；鋼梁與樓板的組合效應提高了節(jié)點承載力，但降低了節(jié)點塑性和轉(zhuǎn)動能力。

2.2 影響節(jié)點抗震性能的因素

已有的型鋼混凝土框架節(jié)點研究表明，影響節(jié)點抗震性能的主要因素有：混凝土材性、構(gòu)件的軸壓比、節(jié)點配箍率等。提高混凝土強度等級，可有效提高型鋼混凝土框架節(jié)點的抗剪承載力和抗裂度；軸壓比的存在抑制了節(jié)點裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，使得節(jié)點的開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)主拉應力的大小和方向發(fā)生改變，隨著軸壓力的增大，節(jié)點核心區(qū)的主拉應力會減小，從而延緩核心區(qū)裂縫的出現(xiàn)，但是當軸壓力過大時，可能會使節(jié)點的破壞由剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌浩茐摹Ｔ囼灡砻鳎狠S壓比過大，滯回曲線飽滿度會下降，結(jié)構(gòu)的延性、耗能能力都會變差；箍筋的存在對節(jié)點核心區(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度。

3 結(jié)語

隨著粗骨料取代率的提高，型鋼混凝土框架邊節(jié)點的抗震性能稍有降低，主要表現(xiàn)為受力構(gòu)件強度、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^普通混凝土來說，強度、剛度較弱，但在延性方面稍有提高。現(xiàn)有的研究表明，我國在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能和計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，能夠彌補普通鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的不足，具有廣闊的推廣應用前景，應加快對型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究，為工程結(jié)構(gòu)實際應用提供參考價值。