钢骨混凝土结构抗震研究综述（精选3篇）
钢骨混凝土结构抗震研究综述 篇1
钢骨混凝土结构抗震研究综述
介绍了钢骨混凝土结构的特点以及抗震研究发展现状,指出了这种结构在抗震研究中存在的主要问题和今后需要进一步研究的方向.
作 者：吴平川 张令心 杨克勇 WU Ping-Chuan ZHANG Ling-xin YANG Ke-gong 作者单位：吴平川,张令心,WU Ping-Chuan,ZHANG Ling-xin(中国地震局工程力学研究所,黑龙江,哈尔滨,150080:)
杨克勇,YANG Ke-gong(哈尔滨市市政建设综合开发公司,黑龙江,哈尔滨,150076)
刊 名：世界地震工程 ISTIC PKU英文刊名：WORLD EARTHQUAKE ENGINEERING年，卷(期)：200723(4)分类号：P315关键词：钢骨混凝土结构 抗震研究 非线性分析
钢骨混凝土结构抗震研究综述 篇2
一、钢骨混凝土构件形式与设计理论
钢骨混凝土构件根据钢骨的形式可分为实腹式和空腹式两大类。实腹式钢骨主要有工字钢、槽钢及H型钢等。空腹式钢骨是由角钢构成的空间桁架式的骨架。
实腹式钢骨混凝土构件具有较好的抗震性能, 而空腹式构件的抗震性能与普通钢筋混凝土构件基本相同。在日本阪神地震中, 空腹式钢骨混凝土结构破坏的事例很多。因此, 目前在抗震结构中多采用实腹式钢骨混凝土构件, 而对钢骨混凝土框架梁中的型钢, 宜采用充满型实腹型钢。充满型实腹钢骨的一侧翼缘宜位于受压区, 另一侧翼缘位于受拉区。
从20世纪50年代起, 国外对SRC构件性能、计算模型、计算和分析方法及简化计算等方面做了大量工作, 提出了许多风格各异的理论和方法。以苏联为代表的极限强度理论认为, 在SRC构件变形较大时, 应力应变关系已进入弹塑性状态, 已不能保证型钢与混凝土共同工作, 进一步有日本和英美为代表的允许应力强度理论, 即日本的叠加强度理论和英美的弹性设计方法。
在我国, 冶金工业部1998年颁布了行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》。建设部于2001年颁布了行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》。以上两个行业标准均是依据国家标准《建筑结构荷载规范》 (GBJ9-87) 、《建筑抗震设计规范》 (GBJ11-89) 、《混凝土结构设计规范》 (GBJ10-89) 而制定。
二、钢骨混凝土构件计算理论
钢骨混凝土结构构件的计算可以分为以下3种。
1. 按平截面假定, 采用极限强度设计方法, 按钢筋混凝土结构理论进行计算。
即认为型钢与钢筋混凝土能够成为一个整体且变形一致, 共同承受外部作用, 将型钢离散化为钢筋, 并用钢筋混凝土的公式进行计算其强度。按该法计算时, 少数构件偏于不安全, 同时由于没有考虑钢骨和混凝土之间的黏结特性, 刚度不随荷载大小而变化, 这是不符合实际的。此方法的主要代表国家为前苏联。
2. 参数折算的钢结构计算方法。
按钢结构理论进行计算, 即将钢骨混凝土柱用具有修正的屈服强度、弹性模量和回转半径的钢构件代替, 然后按钢构件计算公式进行弯矩和轴力下的承载力计算。对于构件的抗剪承载力不进行专门计算, 而是通过对箍筋的构造规定加以满足。此方法的主要代表国家为美国以及欧洲。
3. 叠加计算方法。
在日本规范中, 对于空腹式钢骨混凝土构件按钢筋混凝土方法进行计算。对于实腹式钢骨混凝土构件的计算, 不考虑钢骨和混凝土之间的共同作用, 并假定钢骨不发生局部屈曲, 分别计算钢骨部分和钢筋混凝土部分的承载力和刚度, 然后叠加, 其计算结果偏于保守。
三、钢骨混凝土结构抗震性能的影响因素
尽管各国的钢骨混凝土构件的计算理论有很大不同, 但在对钢骨混凝土结构的抗震性能研究中则都参考了钢筋混凝土结构理论。自从20世纪50年代以来, 很多国家进行了大量的钢骨混凝土结构抗震性能的试验研究。研究表明, 影响钢骨混凝土抗震性能的主要因素为剪跨比、轴压比、配箍率、含钢率以及钢骨的截面形式等。
1. 剪跨比的影响。
剪跨比对抗震性能的影响主要有两方面:一是剪跨比对钢骨混凝土柱破坏形态的影响。二是剪跨比对钢骨混凝土柱抗剪承载力的影响。
2. 轴压比的影响。
大量试验结果表明, 轴压比对钢骨混凝土柱的破坏形态、承载力和滞回特性均有明显影响。随着轴压比的增大, 延性系数、极限位移转角、耗能能力3项指标均减小, 在高轴压比情况下, 柱的刚度退化明显。因此, 轴压比是影响钢骨混凝土柱抗震性能最重要的因素之一。
3. 用钢量的影响。
钢骨含钢率是指截面中钢骨面积与构件有效截面面积 (钢骨部分的面积与钢筋混凝土部分的面积之和) 之比。钢骨含钢率取值的范围, 各国规范并不一样。日本的规范最大含钢率定为13.3%, 美国规范取20%。在我国《型钢混凝土组合结构技术规程》规定框架柱受力型钢的含钢率不宜小于4%, 且不宜大于10%。《钢骨混凝土结构设计规程》规定钢骨混凝土构件的含钢率不小于2%, 也不宜大于15%。试验表明, 在一定范围内, 用钢量越大的钢骨混凝土柱, 抗震性能越好。
4. 配箍率的影响。
大量试验研究表明, 在其他因素相同的条件下, 钢骨混凝土柱的位移延性系数随配箍率的提高而增加。箍筋的主要作用是可以保证钢骨、钢筋、混凝土三位一体工作, 防止钢骨保护层混凝土纵向劈裂剥落, 直接参与钢骨混凝土柱的抗剪力荷载, 提高其抗剪承载力。
5. 钢骨形式的影响。
钢骨混凝土结构抗震研究综述 篇3
【摘 要】钢骨混凝土结构是一种继钢结构和混凝土结构之后发展起来的新型结构，它综合了钢结构和混凝土结构的优点，可缩小结构构件截面尺寸，增大使用空间。目前在国内外工程界得到了广泛的应用。
【关键词】结构形式；钢骨混凝土；抗震性能
随着国民经济的持续高速发展，人们的生活水平和审美观不断提高，对居住环境和住宅质量的要求越来越高。大跨度和超高层建筑已成为城市建设必不可少的一部分。钢骨混凝土结构因构件较小、造价较低取代了传统的钢筋混凝土结构和钢结构，被广泛应用于地震见多的城市建设中去。
一、钢骨混凝土结构的形式与特点
钢骨混凝土结构是指在钢筋混凝土结构内部配置钢骨的组合结构，简称SRC（Steel Reinforced Concrete）结构。这种结构在各国有不同的名称，在我国叫钢骨混凝土结构，前苏联称之为劲性钢筋混凝土结构。钢骨混凝土结构的特点是在混凝土内配置钢骨，形成新的组合结构。所配置的钢骨的形式有角钢、工字钢、宽翼缘工字钢、双十字钢、双槽钢、十字型钢、箱型方钢管等。用钢骨取代钢筋，提高了组合结构的抗拉性能，同时外包混凝土又提高了组合结构的抗压性能。所以，钢骨混凝土结构综合性能远远高于钢筋混凝土结构和钢结构。
（一） 钢骨混凝土结构与钢结构相比，具有以下几点优点：
1.外包混凝土可以提高钢构件的抗压性能，防止局部受弯变形，提高钢构件的整体刚度；
2.比钢构件具有更高的耐久性、耐火性和抗腐蚀性；
3.比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结构的变形；
（二）钢骨混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，具有以下几点优点：
1.比钢筋混凝土结构具有更高的承载力；
2.实腹式钢骨的钢骨混凝土构件，受剪承载力有很大提高，大大改善了结构的抗震性能；
3.钢骨架本身具有一定的承载力，可以利用它承受施工阶段的荷载，并可将模板悬挂在钢骨架上，省去支撑，这有利于加快施工速度，缩短施工周期，如在多高层结构的施工中不必等待混凝土达到强度就可以继续进行上层施工。
二、钢骨混凝土结构在国外的研究现状
国外对钢骨混凝土结构的研究远远早于我国。早在20世纪初期，当我国还处在封建王朝的统治之下时，其他国家已经开始研究钢骨混凝土结构，并将之应用于实际生活中，大大提高了人们的生活水平，改善了生活质量，造福于人类。大致可以概括为三方面：
1.在前苏联，二战后，为加快恢复建设，采用劲性钢筋来承受悬挂模板和支撑等施工荷载，以加快施工速度。1949年，前苏联建筑科学研究所编制了《多层房屋劲性钢筋混凝土暂行设计技术条件（BTY-01-49）》。50年代又进行了较全面的试验研究，1978年制定了《苏联劲性钢筋混凝土结构设计指南（CN3-78）》。后来由于省钢目的，主要采用焊接钢桁架、钢构架和钢筋骨架等作为劲性钢筋混凝（即空腹式钢骨）。
2.欧美国家是最早开始研究钢骨混凝土土结构的，开始于20世纪初。但当时仅仅是利用混凝土对钢骨的保护作用，起到耐久、耐火的作用。早期的包钢混凝土就是这样产生的，即在钢柱外面包上混凝土，以此来提高钢结构的防火要求。在19世纪60年代， 欧洲开始对钢骨混凝土结构进行进一步研究，并在1985年编制了欧洲统一规范——EC4《组合结构》。随后美国也对钢骨混凝土结构展开了研究，尤其是抗震性能方面。
3.由于日本地处环太平洋火山地震带上，地震较多，传统的木结构和钢筋混凝土结构并不能取到很好的抗震效果。为了满足抗震要求，日本在1905年就开始设计并使用钢骨混凝土结构，并取得了良好的抗震效果，如1921年在东京建成的全钢骨混凝土结构的日本兴业银行，在1923年的关东大地震中表现出了良好的抗震性能，损失很小。19世纪50年代初，日本工程设计人员开始对钢骨混凝土结构进行系统地研究，基本形成比较完整的设计理论和方法——叠加原理。
三、钢骨混凝土结构在国内的研究现状
由于国情的限制，我国对钢骨混凝土结构的研究和应用起步较晚，工程应用就更少，所以只能借鉴他国经验，如50年代建成的包头电厂主厂房和鞍山钢铁公司的混铁炉基础，都是从前苏联引进的钢骨混凝土结构。由于种种原因，并没有得到广泛推广，直到60年代末几乎停止使用。随着80年代的改革开放，我国经济迅速发展，全国各行各业都百废待兴。在这种情况下，建筑行业迅速发展，大跨度和超高层建筑成为了现代化大都市的象征。钢骨混凝土结构以其独特的优势被广泛地使用在工程建设中，如结构形式为钢筋混凝土核心筒外框为钢骨混凝土结构的上海世界金融大厦和柱子为钢骨混凝土柱的北京香格里拉饭店。
虽然我国早在50年代就从苏联引进了钢骨混凝土结构，但是对钢骨混凝土结构的研究20世纪80年代才开始。在开始期间，重点研究了钢骨混凝土受弯构件的正截面和斜截面的受力性能以及抗裂性能，随后又进行了抗震性能试验，深入研究了钢骨混凝土结构的静动特性与分析方法。在这些研究成果的基础上，初步形成了一套较为完整的设计计算理论。1997年我国冶金工业部颁布了我国第一部《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-97），主要内容包括内含式腹式钢骨的钢骨混凝土梁、柱、剪力墙及其连接的设计计算规定。在使用规范及总结经验的基础上，目前规范已修订为《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-2006）。
四、结论
钢骨混凝土结构因其良好的力学性能，被越来越多的应用于多地震的城市和地区。但是由于研究试验时间太短，钢骨混凝土结构设计理论还不太完善，并不能很好地解决遇到的所有难题。随着大跨度和超高层建筑的大量增加，计算机模拟有限元分析越来越重要，但是由于计算机资源方面的限制，有限元分析结果只是理论分析，与现实还是有一定的差距。相信随着时间的推移，人们对钢骨混凝土结构的认识会越来越深，计算机发展也会越来越先进，这方面的科研将会更完善，工程应用更广泛。
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