型钢混凝土结构抗震性能的研究现状

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　　摘要：对国内外型钢混凝土结构的研究工作进行概括及总结，分析了型钢混凝土结构在抗震性能方面的优点，概括了国内外型钢混凝土结构设计的规范,对型钢混凝土结构抗震性能研究的现状进行了简单介绍；对已有的研究工作进行简要汇总和评述，以方便型钢混凝土结构在现实工程中的选用，并为今后研究提供参考。
　　关键词：型钢混凝土结构 抗震性能 试验研究 理论研究
　　引言
　　 地震对建筑的破坏很大，是迄今人类尚难以抵御的自然灾害。地震发生时，能够在瞬间使大量建筑物破坏甚至倒塌，并引发各种次生灾害，如火灾等，造成人员伤亡。特别使在人口密集、生命线系统工程日益复杂的现代化大城市，如发生地震，后果不堪设想。
　　 1985年墨西哥城地震、1994年诺斯里奇地震和1995年阪神大地震等均为抗震设计和研究提供了很多的经验教训。我国是地震多发的国家，历史上曾发生过多次灾难性地震，给人民的生命和财产造成了巨大的损失[1]。我国有40％以上的地区属于7度地震烈度区，有70％的百万人口大城市处于此地震区内。20世纪以来我国经历了邢台、海城、唐山、汶川和玉树等多次地震，对地震造成的严重灾害有着深切的体验，因此要特别重视建筑结构的抗震问题，注意研究和掌握结构的抗震性能。本文总结概括了国内外对型钢混凝土结构抗震性能的研究概况，为建筑结构抗震性能的研究工作提供一点参考。
　　1 名称
　　 20世纪初，西方国家的工程设计人员为提高钢结构防火性能，在钢柱外面包上混凝土，称为“包钢混凝土(Steel-encased Concrete)”，在前苏联称之为“劲性钢筋混凝土”，在日本则称之为“钢骨钢筋混凝土(Steel Reinforced Concrete)”。我国研究人员将其翻译成“劲性混凝土”、“钢骨混凝土”或“型钢混凝土”等，本文采用“型钢混凝土”这一称法。
　　2 型钢混凝土结构的优点
　　 型钢混凝土结构与钢结构相比：可以节约钢材，降低造价；克服了钢结构耐火性、耐久性差及易屈曲失稳等特点，外包混凝土可防锈、防腐、防火，还可以防止钢结构局部和整体屈曲；增加结构刚度和阻尼等等。 型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构相比：内置型钢可提高结构的承载力，减小构件断面尺寸从而增加建筑使用面积；构件的刚度、延性及耗能能力均有明显提高，适用在地震区使用；型钢骨架可承担施工荷载，这样就节省了模板，加快施工速度。
　　3 型钢混凝土结构设计规范
　　 基于对型钢混凝土结构大量的试验和理论研究，各国都颁布了相应的设计规范[2]，据不完全统计，我国各行业部门从1990年至2006年颁布有9部设计规程。国内主要的型钢混凝土结构设计规范有：①型钢混凝土设计与施工规程(JCJ 101-89)，②型钢混凝土结构设计与施工规程(CECS 28-90)，③火力发电厂主厂房钢-混凝土组合结构设计暂行规定 (DJG 99-91)，④钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082-97)，⑤钢-混凝土组合结构设计规程(DL/T 5085-1999)，⑥战时军港抢修早强型钢-混凝土组合结构技术规程(GBJ 4142-2000)，⑦型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 138-2001)，⑧高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2002)，⑨钢骨混凝土结构设计规程(YB 9082-2006)。
　　 在我国，20世纪50年代，首次从前苏联引入型钢混凝土结构技术。60年代，为了节约钢材，型钢混凝土结构的研究陷于停滞状态。80年代改革开放后，随着我国高层建筑的发展，型钢混凝土结构的研究又一次兴起。系统地研究开始于1987年，冶金部建研院、西冶结构研究所进行了一系列试验。80年代末期以来，许多高校及研究院继续开展型钢混凝土结构的研究，对于其力学性能进行了大量的试验研究，探讨了各类构件的设计方法。
　　4 型钢混凝土结构抗震性能研究
　　 型钢混凝土的内埋型钢可采用实腹式和空腹式，实腹式型钢混凝土具有较好的抗震性能，空腹式型钢混凝土与普通钢筋混凝土性能相比，一般来说空腹式型钢混凝土抗震性能较好。因此，目前在抗震结构中多采用实腹式型钢混凝土，内埋实腹式型钢可采用钢板焊接或直接采用轧制型钢。
　　 本文统计了一些国内外对型钢混凝土剪力墙结构的研究，如表1所列。关于型钢混凝土结构的强度、刚度及抗震性能，欧美、日本及我国国内的学者都进行了大量的强度、低周反复和动力试验研究。关于型钢混凝土结构及构件的研究，早期多是关于柱和框架的研究，而关于型钢混凝土剪力墙、异性柱及短肢剪力墙的研究相对较晚。结合国内外的试验研究，总结出以下几个因素是影响型钢混凝土抗震性能的关键问题[3]有：轴压比、剪跨比、含钢率和型钢截面形式、配箍率、混凝土强度等等。
　　表1国内外对型钢混凝土剪力墙的研究
　　
　　
　　5 结语
　　 作为一种具有较好延性的结构，型钢混凝土组合结构在我国高层建筑中已逐渐被推广采用，《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)中均提出采用这种组合结构来有效地改善建筑的抗震性能。因此，对该种结构进行非线性地震反应分析，研究其弹塑性时程分析是一项具有实际意义的课题，其中主要一部分任务就是要建立结构及构件恢复力计算分析模型，这是对结构非线性分析的理论基础。对钢筋混凝土基本构件的恢复力模型中的特征参数，国内外学者做了大量研究工作，可以给出它们的特征参数计算公式，而对型钢混凝土构件的特征参数目前还很少有文献直接给出计算公式。
　　 国内外地震工程界针对型钢混凝土结构的抗震性能开展了广泛的试验研究和理论分析，提出了大量的数据及结论，对型钢混凝土结构的发展和应用起了很大作用。然而，现有的大多数数据及结论都是基于某些特定试件和试验条件下获得的，存在着各自的优点和局限性。因此，有必要对已有的数据及结论进行简要汇总和评述，以方便型钢混凝土结构在现实工程中的选用，并为今后研究提供参考。
　　
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