钢梁-混凝土柱组合结构节点的抗震性能分析-结构工程专业论文.docxVIP

硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 PAGE 1 PAGE 2 PAGE 2 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 1.1 引言 进入二十一世纪，随着城市建设的发展，高层、超高层建筑在我国日益增多。钢结构 和钢混凝土组合结构逐渐成为世界上高层和超高层建筑中主要的结构类型。钢结构具有重 量轻、承载能力高、抗震性能好、抗风、减少结构占用面积、降低基础费用、施工周期短 等特点，因而深受工程师们的喜欢。这些优点使钢结构不仅适用于大城市常见的生产用厂 房、仓库及辅助设施等工业建筑，商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等商业建筑，私 有及公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆、教堂等社区建筑以及综合建筑等 方面，也可适用于中小城市的厂房、中小刑的体育建筑、通信建筑、管道建筑，特别适应 于高耸的高层建筑【1】。并伴随冶金业、金属加工业的发展，钢材在制造工艺和产量上有了 很大的提高，成本也不断降低。因此，在己建成的高层建筑中钢结构占有很大的比例。当 然，钢结构也存在不少缺陷，如钢结构的耐火性能差、梁柱连接节点容易发生断裂、支撑 容易压屈等问题。 1994 年美国的北岭(Northridge)地震和 1995 年日本的阪神(Kobe)地震带给人们的最为 惨痛的教训之一就是现代钢结构焊接抗弯节点的开裂和脆性破坏。由此引发的研究所获得 的成果导致了设计方法的改进。为了改善地震多发地区刚性框架房屋的设计和施工，可以 采用钢一混组合抗弯框架体系。由于钢筋混凝土的存在和组合抗弯框架刚度高的特点，内 置有型钢的组合节点的变形需求比纯钢抗弯框架节点的小得多。而且组合梁一柱节点有着 更为顺畅的传力机制和较小的应力集中。因此，组合刚性框架的开发可为结构设计和施工 提供许多新的优良的结构体系。 早在 1970 年 Shimizu Tada Yoshida 等人年开始研究一种将钢梁与混凝土组合在一切的 结构方式。但是此项技术真正成熟是在二十世纪八十年代初，日本和美国在传统的钢筋混 凝土框架结构、钢结构的基础上成功地开发研制了一种充分利用和发挥钢构件和钢筋混凝 土构件各自在抗弯或抗压强度、刚度、延性及建筑功能适用性方面优势的新型组合式框架 结构体系，即由钢筋混凝土柱与钢梁组成的组合框架结构（Composite frame consisting of reinforced concrete column and steel beam，简称为 RCS）。在这种框架中，可利用混凝土受 压性能好，以及钢筋混凝土构件刚度大、耐久性和耐火性好的优点。将其作为压弯杆件的 框架柱设计成抗轴力性能好的钢筋混凝土构件，从而节约钢材，降低成本，增加结构的稳 定性；而对主要承受弯矩和剪力作用的楼盖梁（包括框架梁和次梁）则设计成抗弯剪性能 好的钢梁，并采取适当的措施保证框架梁柱节点的刚度。可利用钢材强度高，以及钢结构 构件质量轻、施工速度会的优点，从而减轻结构自重，减小构件界面尺寸，降低房屋高度， 增大有效空间，加快施工进度。这样的组合充分地发挥了钢与混凝土两种材料各自的长处， 使整个框架的综合性能优于传统的钢筋混凝土框架和钢框架。由于这种结构能充分发挥材 料各自的优点，从选材上具有合理性和经济性，受到国际研究工作者的青睐。钢梁、钢筋 混凝土柱结构兼备传统的钢结构和钢筋混凝土结构的优点。 一般而言，钢梁—钢筋混凝土柱组合结构与纯钢结构相比具有以下优点： (1) 通过在钢筋混凝土中内置型钢或是钢管混凝土柱，组合体系能提供较高的侧向刚度， 这对高层建筑尤为重要。 (2) 型钢的抗屈曲性能能够得到很大提高。 (3) 组合结构及其构件具有相对较高的刚度和阻尼以承受振动，这恰恰是住宅、旅馆和办 公建筑特别需要的性能。而混凝土的表面处理性能又使组合结构在建筑上同样受欢迎。 (4) 组合结构中的混凝土不但提供了上述结构上的优点，还大大提高了建筑的抗火性能， 减少防火覆盖的成本。 (5) 同时，也较之纯钢结构节约钢材 15%~20%。 另一方面，钢梁—钢筋混凝土柱组合结构与钢筋混凝土结构相比又具有以下优点： (1) 经过合理设计的钢梁、钢筋混凝土柱组合结构构件不会发生钢筋混凝土构件经常出现 的脆性破坏，具有较高的延性。 (2) 构件具有较小的尺寸从而提高了强度/重量比。 (3) 内置的型钢架能够充当施工时的模板。 (4) 减小结