钢梁-混凝土柱框架节点

钢梁-钢筋混凝土柱组合节点研究综述

吴林志22602430114040

摘要：近年来，在组合结构中出现了一种新型的结构形式，即由钢梁和钢筋混凝土柱组成的框架结构。本文阐述了国内外关于RCS节点的研究状况，以及介绍了节点的构造形式和抗震性能情况，指出了组合节点在研究中存在的问题。

关键词：组合结构、钢梁、混凝土柱、节点、研究

Summary on Reinforced Concrete-Steel Beam Joints Abstract：In recent year, a new type of frame consisting of steel beam and reinforced concrete column has been proposed. In this paper, research of the joint consisting of steel beam and reinforced concrete column-steel are discussed. The paper introduced the structure of reinforced concrete column-steel beam joint ,and analysed about earthquake-resistant behavior of beam and column joint. Pointed out some existing problems in the research.

Key words:combination structure; steel beam; reinforced concrete column; joint;

research

1 概述

近年，在钢混组合结构中出现了一种新型的结构形式，由钢筋混凝土柱和钢梁组成的框架结构，简称RCS。这种组合结构是一种很有发展前景的结构形式，其充分发挥了钢与混凝土两种材料的优良特性：钢材具有良好的抗拉强度和延性，而混凝土材料则具有优良的抗压强度和较大的刚度。钢筋混凝土柱相比钢柱能增加整体刚度，减小侧向位移；钢梁则又较小的截面尺寸，自重轻，可以增大空间高度，且有较好的耗能性。因此RCS在地震荷载作用下具有良好的强度、刚度、延性以及较好的耗能能力。组合结构节点是指节点中包含混凝土与钢材两种材料且二者存在相互作用的节点。

2 国内外关于组合框架节点研究

2.1 框架节点在国外研究现状

20世代80年代初，美国率先研制出由钢梁与钢筋混凝土柱组成混合框架结构体系，并成功地应用于中、高层建筑。由钢筋混凝土柱与钢梁混成的混合框架结构体系，能够充分利用钢和混凝土构件各自在抗弯或抗压强度、刚度、延性及功能性方面的优势。

近20年来在美国和日本得到迅速发展，并不断在实际工程中得到应用。美、日两国对RCS混合节点的设计思路、节点构造、施工方法都有不同。美国的RCS 混合框架结构中节点采用梁贯通式，即钢梁连续的穿过钢筋混凝土柱，如图1。其施工过程是由下至上逐层架钢梁、铺设压型钢板、栓钉、浇筑混凝土楼板，每道工序可在不同层，同时进行，互不干扰。日本对主要是采用柱贯通式，即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，如图2。

图1 美国RCS混合节点大样

图2 日本RCS混合节点

从美、日两国对RCS组合结构的设计，可以看出美国的RCS节点构造明显优于日本的。首先，美国的RCS混合框架结构施工速度快，减少梁柱节点的焊接工作量，各道工序在不同工作面同时施工。虽然日本采用工厂预制法也可提高工效，缩短工期，但却削弱了结构的整体性。其次，美国的RCS节点刚度大，整体性好，极限承载力高。由于钢梁穿过节点，再加上节点区外围的一些构造(如加劲板、柱面钢板等)，使节点区混凝土被分割成更小的小块。每一小块都处于钢梁腹板、上下翼缘和节点外加强构件的约束之中，从而使混凝土处于3向受压状态，大幅度提高了混凝土的抗压、抗剪能力，从而增大了节点的极限承载力。

2.2 混合节点的国内研究现状

我国对RSC节点研究相对国外较晚，天津大学杨建江对钢梁钢筋混凝土柱4个节点进行反复加载试验，研究了节点强度和变形性能，并给出了承载力计算公式。清华大学赵作周等人也对3个钢梁一钢筋混凝土柱连接节点作了在梁端往复加载的试验。试验结果表明，采用的梁贯通型连接具有良好的抗震性能，能够实现“强柱弱梁”、“强核芯弱构件”的抗震概念设计要求，同时也提出了钢梁—钢筋混凝土柱连接设计建议。试验表明：RSC节点构件的承载能力和延性都有所提高，这种性能对抗震是有利的。试验数据也表明钢梁钢筋混凝土柱节点区

的箍筋采用贯通式的节点承载力较焊接式有一定的提高。

3 钢梁—混凝土柱组合框架节点抗震性能研究

3.1 节点抗震研究现状

由于RCS组合框架是将钢梁与钢筋混凝土柱这两种完全不同的结构构件在节点处组合，故其内力传递及可能产生的破坏模式要比纯钢结构和钢筋混凝土架结构复杂得多。研制开发者必须通过科学试验来重点掌握：1) 不同破坏模式对RCS组台框架抗震性能的影响；2) 不同的节点构造、混凝土强度等级及柱轴向荷载对RCS组台节点的弹塑性滞回特征的影响；3) RC．S组合框架结构抗震设计时的最佳延性节点破坏模式的选择等。相关试验最早始于1985年，美国德州大学的学者对17组不同补强构造的组合梁柱节点试件进行了反复荷载的试验。到二十世纪九十年代，美日学者已做了大量相关试验，并取得丰硕的成果，美国ASCE于1994年制定《钢梁—钢筋混凝土柱节点设计指南》。美国康奈尔大学的Kanno等人做的RCS组合节点不同破坏模式的强度、位移及其抗震性能的试验，对11组大比例尺寸的不同组合节点试件进行了基本破坏模式的反复荷载试验，RCS组合试件的基本破坏模式见图3。

图3 RCS组合节点基本破坏模式

其中梁柱节点破坏可分为节点区域的剪切破坏，即由于节点区域内钢粱腹板屈