组合结构节点性能现状.docx

组合结构节点性能研究现状1 概述1.1研究背景与研究意义近年来，随着经济发展与科技进步，建筑物逐渐向高耸、大跨、重载等复杂结构形式发展，而传统的混凝土结构和钢结构受材料特性的影响，很难同时满足结构的安全性、施工性、耐久性以及经济性等综合指标，钢—混凝土组合结构正是在这种背景下逐渐受到重视，成为继混凝土结构、钢结构之后的又一重要结构形式。钢—混凝土组合结构能够充分发挥两种材料的各自优势。在力学性能方面，由于钢材和混凝土的相互约束，使得钢—混凝土组合结构的承载力和变形能力显著提高，抗风和抗震性能明显增强；在经济性能方面，钢混凝土组合结构的造价较传统结构形式更低，与钢结构相比节省了近一半钢材，与混凝土结构相比减轻了自重，节约了混凝土，且钢结构可作为模板，节省了支模、拆模的施工工序，大大缩短了施工周期，降低了人工费用；在建筑美观性能方面，钢—混凝土结构可以在保证相同承载力的前提下有效减小截面尺寸，降低结构高度，增大利用空间，使得结构外形更加美观。钢—混凝土组合结构已成为最具竞争力的结构形式之一。传统的钢—混凝土组合结构是指材料层面上的组合效应，主要包括：压型钢板组合板、组合梁、型钢混凝土、钢管混凝土和外包钢混凝土等五类结构。然而，随着建筑业的快速发展，对结构实用功能的要求也越来越高，传统的组合结构不能再满足时代的需求。此外，新材料、新技术的出现，也为组合结构的进一步发展创造了条件。目前，钢—混凝土组合结构体系的概念更为广泛，除了材料的组合效应，还包括构件层面的组合效应，我国高层及超高层建筑结构中已建或在建的大跨空间结构及超高层结构项目中，半数以上全部或部分采用了组合结构体系，其中很多都是将钢管混凝土、型钢混凝土与钢筋混凝土结构构件组合起来，采用钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁、型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁、钢筋混凝土柱—钢与混凝土组合梁等组成框架，用钢管混凝土柱—钢筋混凝土无梁楼盖组成板柱结构，从而形成钢—混凝土组合构件为主要承重构建的组合结构体系[2]。组合结构体系的快速发展，使得组合节点的研究开始凸现其重大的理论意义和实用价值。组合节点是组合结构的传力枢纽，是结构受力的关键部位，其工作的安全可靠性是保证结构正常工作的前提。不同形式的构件汇聚于节点，其常处于压、弯、剪复合应力状态，受力情况比较复杂，给组合节点的设计与施工带来巨大难度。此外，在恒载、活载的共同作用下，节点是最易遭受破坏的部位之一，亦是导致整个结构破坏的主要原因之一。而节点破坏后的修复工作，费用高且难度大。因此，研究组合节点的受力性能、了解其破坏机理，提出计算可靠、构造合理的设计方法是十分必要的。1.2组合节点分类根据组合节点所连接构件的材料不同，一般主要包括以下几种形式：钢筋混凝土构件与钢构件的连接节点、组合构件与钢构件或钢筋混凝土构件的连接节点、组合构件和组合构件的连接节点。1、RCS组合节点钢筋混凝土柱—钢梁组合框架结构（简称为RCS）由钢筋混凝土柱和钢梁组成的框架结构体系。20世纪80年代初，美国率先研制出了RCS组合框架结构，并将其成功应用于中、高层建筑，80年代末，日本逐渐认识到RCS组合框架结构的优越性，也开始研制开发该结构体系[3]。目前，各国RCS组合结构体系主要采用的节点形式有梁贯通式组合节点和柱贯通式组合节点。梁贯通式组合节点美国的RCS组合结构多采用梁贯通式组合节点，即钢梁连续穿过钢筋混凝土柱的设计方案，图1-1(a)给出了典型的梁贯通式节点示意图。采用梁贯通式节点可以免除在最大弯矩处焊接和螺栓连接钢梁的不利构造，并可在梁柱节点处增设补强构件，如面承板或剪力钉等，以增强梁柱节点刚度。梁贯通式节点 (b) 柱贯通式节点图1-1 RCS组合节点柱贯通式组合节点日本的RCS组合结构绝大部分采用柱贯通式组合节点，钢梁不得整体连续穿过钢筋混凝土柱，而只连接在钢筋混凝土柱节点区域四周的柱面钢板上，典型节点大样如图1-1(b)所示。2、钢管混凝土节点（1）加强环式节点加强环式节点是钢管混凝土最常用的梁柱节点，其包括一下两种形式[4-6]：①外加强环式节点：外加强环式刚接节点是研究最成熟、工作最可靠、应用最广泛的一种节点类型。其工作原理是通过与钢梁上、下翼缘同一高度位置设置环板，与钢梁的上、下翼缘采用对接焊缝或高强螺栓连接，传递梁端弯矩，利用环板之间的肋板传递剪力，节点构造图如1-2(a)所示。此种节点传力路径明确、节点刚度大、承载力高，抗震性能良好且施工方便，是一种综合性能良好的节点形式。但节点的用钢量大，且用于钢筋混凝土楼盖时施工困难，梁纵筋与加强环的焊接麻烦，影响钢筋笼的定位，适用性和灵活性较差差。②内加强环式节点：内加强环式节点是在钢管内部设置加强环，与钢梁上、下翼缘同一高度，防止钢梁上、下翼缘对于钢管混凝土柱节点区域的钢管产生过大法向拉力，影响节点区域部分钢