型钢混凝土结构研究现状综述

摘要：型钢混凝土结构由型钢与混凝土共同组成，其性能要优于型钢与混凝土的简单叠加。本文回顾了型钢混凝土结构的研究现状，总结了型钢混凝土结构在日本、欧美及中国的研究进展。

关键词：型钢混凝土;抗震性能;框架结构

0 引言

型钢混凝土结构（SRC）指将型钢内置到钢筋混凝土构件当中，由两者共同承担荷载的组合构件所构成的结构体系。型钢混凝土构件由钢筋混凝土与型钢两部分共同组成，两者优劣互补，其性能优于型钢与混凝土两者的简单叠加。

对比钢结构，由于外包混凝土的存在，型钢的整体刚度得以提高，防止钢材过早产生屈曲，使得钢材的性能发挥得更加充分，更有利于控制振动及变形。对比混凝土结构，由于内置了型钢，提高了构件的抗剪承载力，抗震性能大为改善。由于型钢混凝土结构具有优良的抗震性能，国内外对其进行了系统的研究，并进行广泛应用。

1 国外型钢混凝土结构的研究发展状况

在日本，型钢混凝土结构是比较重要且常用的结构形式，兴业银行是日本早期典型的全SRC结构。1978年仙台市地震，该地区建有约300栋SRC建筑，地震后，虽然有的建筑中柱子产生了剪切斜裂缝，但主体结构损伤较小[1]。1928年，齐时田太郎对轴心受压柱进行试验;1932年，内藤多仲对SRC梁柱节点进行试验;1937年，棚桥谅进行SRC梁试验。通过以上研究，日本学者们初步了解了型钢混凝土构件的基本力学特性。1950年起，日本对型钢混凝土结构进行较为系统全面的研究。1951-1956年间，东京大学生产技术研究所坪井善勝等通过理论及试验研究探讨了型钢混凝土梁柱在受到剪切、弯曲、偏压时表现出的特性[2]。在此基础上，日本颁布了《钢骨钢筋混凝土结构计算标准》，规范中要求采用强度叠加法计算构件的承載力，并于1963年第一次修订了该规范，新的规范在初版的基础上新增关于型钢混凝土构件剪力的计算公式，并给出了当SRC中型钢、钢筋采用非对称布置时的叠加计算公式。1970年后，日本学者对型钢混凝土在进入负刚度阶段后结构的变形能力、耗能能力进行了大量试验研究。1981年，新的抗震设计法在日本施行，要求验算在大震时中高层建筑物的各层极限强度。为此，型钢混凝土结构设计规范进行第三次修订，此外规范中还列入钢管混凝土的相关设计方法。2001年，日本再次调整建筑结构抗震设计规范，型钢混凝土结构设计规范第四次修订。

欧洲是最早出现型钢混凝土结构的地区。1904年，为提高钢结构抗火性能，英国在型钢外包裹混凝土，型钢混凝土柱就此诞生[3]。1950年起，欧美等国家对型钢混凝土结构进行大量研究，结合试验和理论手段，提出适合各国国情的型钢混凝土结构分析方法、计算模型和计算方法。1971年，ACI-318-71规范给出了采用极限状态设计法的型钢混凝土柱计算公式;1999年，AISC-LRFD规范将钢筋混凝土部分的强度及刚度等效成型钢，然后根据钢结构设计方法计算型钢混凝土结构的强度和刚度;2002年，规范将型钢等效成钢筋，根据钢筋混凝土设计方法计算型钢混凝土结构的强度和刚度。Hui Cun等[4]通过研究在水平往复荷载作用下，底部加强的矩形型钢混凝土柱的抗震性能和耗能能力，得出底部加固的组合柱比起常规的型钢混凝土柱更适合高层结构的结论。

2 中国型钢混凝土结构的研究发展状况

上世纪50年代，我国就出现了如包头电厂的主厂房等由苏联设计的型钢混凝土结构。后来我国也参照苏联规范设计出一些SRC结构，如郑州铝厂的蒸发车间等，但是设计的SRC结构多为空腹式。80年代中期起，我国对型钢混凝土结构开展了大量的研究工作。西安建筑科技大学结构研究所进行了梁、短柱、梁柱节点的SRC构件试验研究，并对柱正截面承载力的计算方法及全过程非线性分析方法进行了研究[5]，研究结果表明型钢与混凝土之间存在粘结滑移，当荷载小于80%极限荷载时，型钢与混凝土之间的粘结滑移较小，而当荷载超过极限荷载的80%以后，这种粘结滑移较为明显，在计算时不再适用平截面假定，但是这些研究没有对粘结滑移现象的机理和影响因素进行更深入的研究。进入80年代后期，我国建筑业迅速发展，高层、超高层建筑数量激增，空腹式型钢混凝土结构已经不再能满足建筑物发展的需要。试验和震害表明，型钢混凝土结构的内置型钢采用实腹式时，其抗震性能要优于采用空腹式，故实腹式型钢混凝土结构成为工程界与科研人员的关注对象。1998年，我国颁布了《钢骨混凝土结构设计规程》，2002年，颁布了《型钢混凝上组合结构技术规程》。进入21世纪后，我国又对《钢骨混凝土结构设计规程》及《型钢混凝上组合结构技术规程》进行修订，颁布了YB9082-2006及JGJ138-2016，补充了型钢混凝土框架柱的设计和构造规定等内容。

贾金青等[6]对型钢混凝土柱进行抗震性能试验研究，分析了剪跨比、轴压比、配筋率等因素对SRC柱抗震性能的影响，提出了满足抗震需求的SRC柱轴压系数。车顺利[7]通过试验研究分析了剪跨比、含钢率、型钢翼缘宽度及不同的界面剪切连接方式等因素对型钢混凝土梁承载力、损伤程度等因素的影响，并讨论了型钢混凝土梁的优化设计。李俊华等[8]通过试验分析了轴压比、剪跨比、体积配箍率及混凝土强度对型钢混凝土柱的破坏形态、位移延性及耗能能力的影响。

对于型钢混凝土结构在结构层面的研究，国外很少涉及，而国内虽然开展了一定数量的型钢混凝土框架结构的试验研究，但以上研究大多仅从试验层面对结构的抗震性能进行分析，缺乏理论层面的结果和结论。

3 结语

本文回顾了型钢混凝土结构的研究现状，总结了型钢混凝土结构在日本、欧美及中国的研究进展。国内外对于型钢混凝土结构的研究大多停留在构件层面，后续可对结构层面进行更多研究。

参考文献

[1] 南宏一，铁骨铁筋コンタソート构造の高层建筑の耐震性能[J]，コンクソーー工学，Vol.18，No.3， 1980.

[2] 若林実，高田周三. 鉄骨鉄筋コンクリート構造[M]. 彰国社，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] 劲性钢筋混凝土结构科研组.劲性钢筋混凝土柱试验报告[J]，西安冶金建筑学院，1986.

[6] Yan J Q， et al. Seismic Performance of Steel Reinforced Ultra High-strength Concrete Columns[J]. 四川大学学报（工程科学版）， 2009（3）：216-222.

[7] 车顺利. 型钢高强高性能混凝土梁的基本性能及设计计算理论研究[D].西安建筑科技大学，2008.

[8] 李俊华，王新堂，薛建阳，赵鸿铁.低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能试验研究[J].土木工程学报，2007（07）：11-18.

作者简介：魏圣坤（1996- ）男，汉族，福建泉州，硕士，同济大学，建筑与结构工程

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