型钢混凝土梁柱节点研究进展

型钢混凝土梁柱节点研究进展

张杨陈凯叶国平

中国建筑第四工程局有限公司广东广州510006

摘要：型钢混凝土（SRC）结构是钢-混凝土组合结构的一种主要形式，其节点是连接梁和柱的关键部位，节点受力极其复杂，通常都处于压剪弯复合应力状态。本文分析了当前较常用型钢混凝土梁柱节点的构造形式、受力机理和性能，以及型钢混凝土梁柱节点的试验研究现状。最后指出了我国型钢混凝土梁柱节点研究中的不足。

关键词：型钢混凝土（SRC）；梁柱节点；构造

0引言

型钢混凝土（SRC）结构是指由型钢和其外包钢筋混凝土共同承受荷载的结构，是钢-混凝土组合结构的一种主要形式，由于具有承载能力高、刚度大及抗震性能好等优点，已越来越多地应用于大跨结构和地震区的高层建筑以及超高层建筑。与钢结构相比，能增大截面刚度，防火、防腐性能好，具有较大的抗扭及抗倾覆能力，使钢材的性能得以充分发挥[1]。

由于型钢混凝土结构整体性强、延性性能好，能大大改善钢筋混凝土受剪破坏的脆性性质，使结构抗震性能得到明显的改善。据日本1978年宫城县地震的统计显示[2]，在调查的95幢层数为7～17层的型钢混凝土结构建筑中，仅有13%（12幢）发生结构轻微损坏。因此日本抗震规范规定：高度超过45m的建筑物不得使用钢筋混凝土结构，而型钢混凝土结构则不受此限制。我国也是一个多地震国家，绝大多数地区位于地震区，甚至高烈度区，因此，在我国推广型钢混凝土结构结构就具有非常重要的现实意义。到目前为止，我国采用型钢混凝土结构的建筑面积还不到建筑总面积的千分之一；而日本在6层以上的建筑物中，采用型钢混凝土结构的建筑物占总建筑面积的62.8%。因此，型钢混凝土结构在我国有着非常广阔的市场和应用前景[2]。

1梁、柱节点构造形式

节点是连接梁和柱的关键部位。梁和柱的内力通过节点传递，因此节点工作的安全可靠是保证结构正常工作的前提。节点的受力非常复杂，通常都是受到压、弯、剪复合应力的作用，所以对于节点受力的性能、破坏的机理进行研究，从而明确节点的传力，使构造更加合理就显的非常重要了。在复杂的地震作用下，节点的设计更加重要，各种设计规范都要求遵守“强柱弱梁，更强节点”的设计准则，这充分说明了节点安全对于整个结构的安全具有非常重要的意义。

型钢混凝土组合结构中的框架梁柱节点连接可分为以下三种类型：①型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接；②型钢混凝土柱与钢梁的连接；③型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接。各类型钢混凝土梁柱节点连接，均宜采用柱型钢贯通型，型钢混凝土柱内型钢截面形式和纵向钢筋的配置应便于梁内纵向钢筋贯穿节点。

1.1型钢混凝土柱与型钢混凝土梁节点连接

型钢混凝土梁内型钢与型钢混凝土柱内型钢在节点内一般采用刚性连接，柱中型钢在节点中贯通，梁中型钢在柱型钢两侧断开，并与柱型钢翼缘用焊接或螺栓连接。为了保证梁端内力更好地传递，一般沿高度方向在节点中柱型钢翼缘两侧之间的梁型钢上、下翼缘处设置水平加劲肋。为了便于浇灌节点核心区的混凝土，加劲肋可以不是通长的，仅在柱型钢翼缘处局部设置，并与梁端型钢翼缘等厚（厚度不宜小于12mm）如图1所示。

2008年，石文龙等[12]为研究半刚性连接梁柱组合节点的抗震性能，开展了1个纯钢框架梁柱中节点、2个组合框架梁柱中节点的低周反复荷载试验，梁柱采用平齐式高强螺栓端板连接，试验采用柱顶加载模式。通过组合节点与纯钢节点试验结果的对比分析，研究表明：平端板连接梁柱组合节点在反复荷载作用下具有较高的承载力和良好的延性，所有连接的极限转角均大于0103rad；弯矩-转角关系的滞回曲线比较饱满、稳定，即其具有良好、稳定的耗能能力；柱腹板横向加劲肋在一定程度上会提高组合节点的极限承载力和初始刚度，但提高的幅度不是很大；对于组合节点试件，在试验过程中均观察到柱翼缘两侧的混凝土板被压碎以及柱节点域腹板产生过大剪切变形的现象；对于组合梁按照完全抗剪连接设计的组合节点，楼板与钢梁之间的滑移很小，能够保证楼板与钢梁共同工作。

2008年，陆铁坚等[13]对7个1/2缩尺的端板螺栓连接的钢-混凝土组合梁与混凝土柱节点进行了低周反复荷载试验，对其受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。结果表明：板螺栓连接的钢-混凝土组合梁与混凝土柱节点试件的滞回曲线呈梭形，且较为丰满；组合梁横向配筋率及其配筋形式、组合梁剪力连接度对节点的承载力影响并不显著，但对节点的延性有显著的影响。横向配筋率的增大及横向配筋为封闭式可提高节点的变形能力，剪力连接度越高变形能力越强。

4存在的问题

节点的试验研究较片面，缺乏完整性，真实用于型钢混凝土节点的有限元计算不够完整。实际工程中型钢形式繁杂，构造也多种多样，而节点试验大多根据具体的某个工程集中在破坏形态和节点的承载力上，导致对SRC-SRC结构节点的应力传递机理和节点构造的研究不够深入和完善。此外试验时构件当中的型钢种类比较单一，大多是轧制的，这已经不能满足实际工程中日趋多样的型钢类型。

对于型钢混凝土构件节点空间的性能以及抗震的性能都是研究比较少的。由于实验条件的缺乏，大多数关于型钢混凝土结构梁柱节点处相关性能的试验方法为平面加载的静力试验。这种试验是无法验证承载力公式当中的约束系数的。另外，静力试验中节点轴压力系数都是按照偏安全的角度估计取值的。关于节点的承载力公式还需要进一步的验证，在符合安全和经济的前提下，提出一个能够符合我国国情的计算公式。从而推动型钢混凝土在我国国民建设中的应用。

参考文献

[1]刘坚．钢与混凝土组合结构设计原理[M]．北京：科学出版社，2005．

[2]陈丽华，李爱群，赵玲．型钢混凝土梁柱节点的研究现状[J]．工业建筑，2005，35（1）．

[3]聂建国．钢-混凝土组合结构原理与实例[M]．北京：科学出版社，2009．

[4]徐亚丰，王连广．钢骨高强混凝土框架边节点骨架曲线的有限元分析[J]．建筑钢结构进展，2005，1．

[5]中国建筑科学研究院．JGJ138—2001钢混凝土组合结构技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001．

[6]傅剑平，张川，陈滔．钢筋混凝土抗震框架节点受力机理及轴压比影响的试验研究[J]．建筑结构学报，2006，27（3）

[7]申红侠，顾强．钢梁一钢筋混凝土柱节点的研究及应用概况．建筑钢结构进展，2004，6（2）．

[8]ZandoniniR.Semi-rigidcompositejoints[M].StructuralConnections：StabilityandStrength.London：ElsevierAppliedScience，1989：63-120.

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[10]LiewJYR，TeoTH，ShanmugamNE.Compositejointssubjecttoreversalofloading：part1：experimentalstudy[J].JournalofConstructionalSteelResearch，2004，60（2）.

[11]杨建江，郝志军．钢梁-钢筋混凝土柱节点在低周反复荷载作用下受力性能的试验研究[J]．建筑结构，2001，31（7）．

[12]石文龙，李国强，肖勇等．半刚性连接梁柱组合节点低周反复荷载试验研究[J]．建筑结构学报，2008，29（5）．

作者简介：张杨（1993-），男，硕士研究生，主要从事结构工程、地下工程研究，861649950@qq.com