组合结构体系抗震性能研究现状

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1、第一章绪论1.1组合结构简介与分类同一截面或各杆件由两种或两种以上材料制作的结构称组合结构。由于组合结构相对于传统的单一结构而言，在工程稳定性、力学性能等方面都有较为显著地优越性，因而在国内外的工程中有着比较广泛的应用。目前国内外常用的组合结构有：（1）压型钢板与混凝土组合楼板；（2）钢与混凝土组合梁；（3）型钢混凝土结构（也叫劲性混凝土结构）；（4）钢管混凝土结构；（5）外包钢混凝土结构（6）组合砌体结构等几类。钢管混凝土结构在轴向压力下，混凝土受到周围钢管的约束，形成三向压力，抗压强度得到较大提高，故钢管混凝土被广泛地应用到高轴压力的构

2、件中。外包钢结构在前苏联研究最早，应用最广泛，近年来我国主要在电厂建筑中推广使用了这种结构，取得不少工程经验和经济效益。现浇混凝土多层框架结构及楼板需满堂红脚手架和满铺模板，而采用组合结构柱、型钢混凝土梁和压型钢板与混凝土组合楼板等足以克服这些缺点，有较好的技术经济效益。由于组合结构有节约钢材、提高混凝土利用系数，降低造价，抗震性能好，施工方便等优点，在各国建设中得到迅速发展。我国对组合结构的研究与应用虽然起步较晚，但发展较快，目前有些已编入规范，有些已编成规程，对推动组合结构在我国的发展起到积极作用。1.2组合结构的发展历史与应用现状组合

3、结构的雏形最早于1894年出现于美国，当时出于防火的需要在钢梁外面包混凝土，但并未考虑混凝土与钢的共同受力。具有现代意义的钢一混凝土组合梁出现于20世纪20年代，并在30年代中期出现了钢梁和混凝土翼板之间的多种抗剪连接构造方法。1908年美国首先对外包混凝土的钢柱进行了试验，此后的一系列研究证明混凝土的存在可以提高柱的承载力。60年代后当钢管结构得到应用后不久，又出现了在钢管内填充混凝土的钢管混凝土结构。由于两种材料之间的相互约束作用，钢管混凝土的性能比外包混凝土柱显著增强。早期的组合结构主要采用钢材与混凝土两种材料，将钢梁、混凝土板、钢管

4、、钢骨等不同构件单元组合在一起共同工作。随着压型钢板、玻璃、FRP等新型材料以及高强度合金、高性能混凝土的开发应用，近年来组合结构的类型也在不断扩大。随着组合结构的推广应用，在相关研究工作的基础上，部分国家也制订了多部有关组合结构的设计规范。1944年，美国AASHTO规范首次列入了有关组合梁的设计条文。美国AISC、加拿大建筑设计规范、德国DINl078分别在1952年、1953年和1954年首次列入有关组合梁的设计条文。1981年由欧洲国际混凝土委员会(CEB)、欧洲钢结构协会(ECCS)、国际预应力联合会(FIP)以及国际桥梁与结构工

5、程协会(MBsE)共同组成的组合结构委员会颁布了组合结构规范(CompositeStructures，ModelCode)。以该规范为基础进行修订和补充，欧洲标准委员会(CEN)于1994年颁布了欧洲规范4(ECA)，这是目前世界上关于钢。混凝土组合结构最完整的一部设计规范，为组合结构的研究和应用作了比较全面的总结，并指出了今后的发展方向。我国在1974年颁布的《公路桥涵设计规范(试行)》第五章中首次提到了组合梁的设计概念，并于1986年颁布的《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》中对有关组合梁的内容进行了补充。1988年，我国《钢结构设计规范

6、》(GBJ17—88)首次列入了一章“钢与混凝土组合梁”的内容，标志着钢一混凝土组合梁在我国的应用开始受到广泛的重视。随后，《钢一混凝土组合楼盖结构设计与施工规程》、《钢管混凝土结构设计与施工规程》、《钢骨混凝土结构设计规程》、《钢．混凝土组合结构设计规程》等一系列规程的颁布对促进组合结构在我国的发展起到了重要作用。2003年颁布实施的《钢结构设计规范》(GB50017--2003)中有关组合梁一章的内容，在原规范基础上得到了进一步的充实和拓宽，增加了叠合板组合梁、连续组合梁等设计内容，吸收了我国近年来在钢．混凝土组合梁研究和应用领域的最新

7、成果，并首次采用了较为精确的折减刚度法来计算组合梁的刚度。随着建筑材料、设计理论和设计方法的发展，组合结构也由构件层次向结构体系方向发展。组合结构体系是由组合承重构件或组合抗侧力构件形成的结构体系，可以充分发挥不同材料和体系的优势，克服传统结构体系的固有缺点。例如，纯钢结构随着建筑高度的增加，存在侧向刚度小、抗侧移能力相对较差等问题，在地震和强风作用下易产生过大的振动，影响正常使用的舒适度，并且钢结构抗火能力相对较差、防腐代价相对较高。对于钢筋混凝土结构，随着建筑层数的增加和柱网尺寸的增大，单柱荷载的增大使得柱截面不断加大，从而形成对抗震不

8、利的短柱。而且混凝土本身延性较差，为提高结构安全性所采取的很多构造措施又大大增加了施工的难度和成本。通过组合概念则可以充分发挥钢材和混凝土的各自材料特性，形成一系列新颖、高效的结