摘要：型鋼混凝土結(jié)構(gòu)由型鋼與混凝土共同組成，其性能要優(yōu)于型鋼與混凝土的簡(jiǎn)單疊加。本文回顧了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在日本、歐美及中國(guó)的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土;抗震性能;框架結(jié)構(gòu)

0 引言

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（SRC）指將型鋼內(nèi)置到鋼筋混凝土構(gòu)件當(dāng)中，由兩者共同承擔(dān)荷載的組合構(gòu)件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。型鋼混凝土構(gòu)件由鋼筋混凝土與型鋼兩部分共同組成，兩者優(yōu)劣互補(bǔ)，其性能優(yōu)于型鋼與混凝土兩者的簡(jiǎn)單疊加。

對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)，由于外包混凝土的存在，型鋼的整體剛度得以提高，防止鋼材過早產(chǎn)生屈曲，使得鋼材的性能發(fā)揮得更加充分，更有利于控制振動(dòng)及變形。對(duì)比混凝土結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)置了型鋼，提高了構(gòu)件的抗剪承載力，抗震性能大為改善。由于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的抗震性能，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

1 國(guó)外型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究發(fā)展?fàn)顩r

在日本，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是比較重要且常用的結(jié)構(gòu)形式，興業(yè)銀行是日本早期典型的全SRC結(jié)構(gòu)。1978年仙臺(tái)市地震，該地區(qū)建有約300棟SRC建筑，地震后，雖然有的建筑中柱子產(chǎn)生了剪切斜裂縫，但主體結(jié)構(gòu)損傷較小[1]。1928年，齊時(shí)田太郎對(duì)軸心受壓柱進(jìn)行試驗(yàn);1932年，內(nèi)藤多仲對(duì)SRC梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn);1937年，棚橋諒進(jìn)行SRC梁試驗(yàn)。通過以上研究，日本學(xué)者們初步了解了型鋼混凝土構(gòu)件的基本力學(xué)特性。1950年起，日本對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為系統(tǒng)全面的研究。1951-1956年間，東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所坪井善勝等通過理論及試驗(yàn)研究探討了型鋼混凝土梁柱在受到剪切、彎曲、偏壓時(shí)表現(xiàn)出的特性[2]。在此基礎(chǔ)上，日本頒布了《鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)范中要求采用強(qiáng)度疊加法計(jì)算構(gòu)件的承載力，并于1963年第一次修訂了該規(guī)范，新的規(guī)范在初版的基礎(chǔ)上新增關(guān)于型鋼混凝土構(gòu)件剪力的計(jì)算公式，并給出了當(dāng)SRC中型鋼、鋼筋采用非對(duì)稱布置時(shí)的疊加計(jì)算公式。1970年后，日本學(xué)者對(duì)型鋼混凝土在進(jìn)入負(fù)剛度階段后結(jié)構(gòu)的變形能力、耗能能力進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。1981年，新的抗震設(shè)計(jì)法在日本施行，要求驗(yàn)算在大震時(shí)中高層建筑物的各層極限強(qiáng)度。為此，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行第三次修訂，此外規(guī)范中還列入鋼管混凝土的相關(guān)設(shè)計(jì)方法。2001年，日本再次調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第四次修訂。

歐洲是最早出現(xiàn)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的地區(qū)。1904年，為提高鋼結(jié)構(gòu)抗火性能，英國(guó)在型鋼外包裹混凝土，型鋼混凝土柱就此誕生[3]。1950年起，歐美等國(guó)家對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量研究，結(jié)合試驗(yàn)和理論手段，提出適合各國(guó)國(guó)情的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)分析方法、計(jì)算模型和計(jì)算方法。1971年，ACI-318-71規(guī)范給出了采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的型鋼混凝土柱計(jì)算公式;1999年，AISC-LRFD規(guī)范將鋼筋混凝土部分的強(qiáng)度及剛度等效成型鋼，然后根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法計(jì)算型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度;2002年，規(guī)范將型鋼等效成鋼筋，根據(jù)鋼筋混凝土設(shè)計(jì)方法計(jì)算型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。Hui Cun等[4]通過研究在水平往復(fù)荷載作用下，底部加強(qiáng)的矩形型鋼混凝土柱的抗震性能和耗能能力，得出底部加固的組合柱比起常規(guī)的型鋼混凝土柱更適合高層結(jié)構(gòu)的結(jié)論。

2 中國(guó)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究發(fā)展?fàn)顩r

上世紀(jì)50年代，我國(guó)就出現(xiàn)了如包頭電廠的主廠房等由蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。后來我國(guó)也參照蘇聯(lián)規(guī)范設(shè)計(jì)出一些SRC結(jié)構(gòu)，如鄭州鋁廠的蒸發(fā)車間等，但是設(shè)計(jì)的SRC結(jié)構(gòu)多為空腹式。80年代中期起，我國(guó)對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)開展了大量的研究工作。西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所進(jìn)行了梁、短柱、梁柱節(jié)點(diǎn)的SRC構(gòu)件試驗(yàn)研究，并對(duì)柱正截面承載力的計(jì)算方法及全過程非線性分析方法進(jìn)行了研究[5]，研究結(jié)果表明型鋼與混凝土之間存在粘結(jié)滑移，當(dāng)荷載小于80%極限荷載時(shí)，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移較小，而當(dāng)荷載超過極限荷載的80%以后，這種粘結(jié)滑移較為明顯，在計(jì)算時(shí)不再適用平截面假定，但是這些研究沒有對(duì)粘結(jié)滑移現(xiàn)象的機(jī)理和影響因素進(jìn)行更深入的研究。進(jìn)入80年代后期，我國(guó)建筑業(yè)迅速發(fā)展，高層、超高層建筑數(shù)量激增，空腹式型鋼混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再能滿足建筑物發(fā)展的需要。試驗(yàn)和震害表明，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)置型鋼采用實(shí)腹式時(shí)，其抗震性能要優(yōu)于采用空腹式，故實(shí)腹式型鋼混凝土結(jié)構(gòu)成為工程界與科研人員的關(guān)注對(duì)象。1998年，我國(guó)頒布了《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》，2002年，頒布了《型鋼混凝上組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)又對(duì)《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》及《型鋼混凝上組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行修訂，頒布了YB9082-2006及JGJ138-2016，補(bǔ)充了型鋼混凝土框架柱的設(shè)計(jì)和構(gòu)造規(guī)定等內(nèi)容。

賈金青等[6]對(duì)型鋼混凝土柱進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)研究，分析了剪跨比、軸壓比、配筋率等因素對(duì)SRC柱抗震性能的影響，提出了滿足抗震需求的SRC柱軸壓系數(shù)。車順利[7]通過試驗(yàn)研究分析了剪跨比、含鋼率、型鋼翼緣寬度及不同的界面剪切連接方式等因素對(duì)型鋼混凝土梁承載力、損傷程度等因素的影響，并討論了型鋼混凝土梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)。李俊華等[8]通過試驗(yàn)分析了軸壓比、剪跨比、體積配箍率及混凝土強(qiáng)度對(duì)型鋼混凝土柱的破壞形態(tài)、位移延性及耗能能力的影響。

對(duì)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層面的研究，國(guó)外很少涉及，而國(guó)內(nèi)雖然開展了一定數(shù)量的型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，但以上研究大多僅從試驗(yàn)層面對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行分析，缺乏理論層面的結(jié)果和結(jié)論。

3 結(jié)語(yǔ)

本文回顧了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在日本、歐美及中國(guó)的研究進(jìn)展。國(guó)內(nèi)外對(duì)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究大多停留在構(gòu)件層面，后續(xù)可對(duì)結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行更多研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 南宏一，鐵骨鐵筋コンタソート構(gòu)造の高層建筑の耐震性能[J]，コンクソーー工學(xué)，Vol.18，No.3， 1980.

[2] 若林実，高田周三. 鉄骨鉄筋コンクリート構(gòu)造[M]. 彰國(guó)社，1967. NO.17，1952.

[3] Shanmugan N E， et al. Composite steel structures： recent research and developments[M].Elsevier Applied Science， 1991.

[4] Hui Cun， et al. Seismic experiment and analysis of rectangular bottom strengthened steel-concrete composite columns[J]. Steel and Composite Structures，2016，20（3）.

[5] 勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)科研組.勁性鋼筋混凝土柱試驗(yàn)報(bào)告[J]，西安冶金建筑學(xué)院，1986.

[6] Yan J Q， et al. Seismic Performance of Steel Reinforced Ultra High-strength Concrete Columns[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版）， 2009（3）：216-222.

[7] 車順利. 型鋼高強(qiáng)高性能混凝土梁的基本性能及設(shè)計(jì)計(jì)算理論研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2008.

[8] 李俊華，王新堂，薛建陽(yáng)，趙鴻鐵.低周反復(fù)荷載下型鋼高強(qiáng)混凝土柱受力性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007（07）：11-18.

作者簡(jiǎn)介：魏圣坤（1996- ）男，漢族，福建泉州，碩士，同濟(jì)大學(xué)，建筑與結(jié)構(gòu)工程

同濟(jì)大學(xué) 上海市 楊浦區(qū) 200092