钢板-混凝土组合连梁研究现状

李海超/华北理工大学

钢板-混凝土组合连梁研究现状

李海超/华北理工大学

连梁是抵抗地震作用的第一道防线，研究连梁的抗震性能是非常有必要的。钢板-混凝土组合（PRC）连梁是一种新型的组合连梁，其充分利用钢板的抗剪承载力，有效的防止连梁发生脆性破坏，能较好的提高连梁的抗震性能。对国内外PRC连梁的研究现状进行介绍和对比总结，提出自己对PRC连梁的一些见解。

钢板-混凝土组合连梁；抗震性能；研究现状

一、概述

随着我国工业的飞速发展，高层建筑被广泛的采用。在高层建筑结构体系中，剪力墙是抵抗地震作用的第一道防线，而连梁在剪力墙体系中又是最先抵抗水平地震作用的构件。普通的混凝土连梁已经很难满足抗震性能的要求了。钢板-混凝土组合连梁最早被国外的Subdei 等[1]人提出，其具体思路是：在普通混凝土连梁中加设钢板，充分的利用钢板的抗剪承载能力，提高其抗震性能。

二、国外研究现状

钢板-混凝土组合连梁的概念最早是由Subedi等人提出的，他们不仅详细的分析了影响钢板混凝土梁变形能力与强度的一些因素，而且还提出了两种分析模型—剪压破坏模型，斜拉破坏模型。

Shsharooz[2]等研究了下型钢连梁在低周往复荷载作用下的性能。通过试验他发现时间的滞回曲线非常的稳定和饱满，但是在墙梁交界处的混凝土出现了严重的开裂和剥离。

Harries[3]等进行了2个足尺钢连梁的试验，通过试验他得出以下结论：无论是弯曲破坏还是剪切破坏，钢连梁都具有较好的延性和耗能能力，在腹板首先屈服的情况下耗能更好。

Lam[4]对5个钢板混凝土连梁试件采用模拟地震作用的方式进行反复加载试验，试验结果表明配置钢板后可以大幅度提高混凝土连梁的抗剪承载力，截面平均抗剪强度可以达到10Mpa，远远超过《建筑工程英标规范BS81110D (混凝土)》中5Mpa的限值。

三、国内研究现状

广西大学邓志恒[5]提出了钢桁架形式的连梁，并在钢桁架上增设耗能减震装置以以增加抵抗地震破坏的能力。通过对8个钢组合桁架连梁的拟静力试验，试验结果表明：在地震作用下，交叉腹杆桁架能明显的提高连梁的抗剪承载力、并且在延性和耗能能力等方面也有很大的优势；跨高比小、刚度大的试件承载能力强；此种构造的连梁满足抗震所要求的延性高、塑性好、耗能能力强的要求。

清华大学张刚[6]对6个钢板-混凝土组合连梁进行加载，并结合有限元分析得出了如下结论：随着钢板厚度的增加抗剪承载力也在不断增大，钢板高度越大，抗剪承载力的随着板厚的加大提高的越明显，在配板率相同时，试件的抗剪承载能力与钢板截面的高厚比正相关。

彭伙水[7]通过对PRC连梁研究，提出在钢板的两侧焊接栓钉，增强钢板与混凝土的粘结，并在钢板的端部开设数条缝宽为水平箍筋直径的水平缝，这种构造的连梁就成为梳齿PRC连梁。这种连梁的优点是方便了水平箍筋的布置，加快施工速度。

马思文、马毅[8]（2011年）利用有限元软件ABAQUS对组合钢板混凝土剪力墙连接节点受力性能进行了数值分析，证明了组合钢板混凝土连梁与混凝土剪力墙节点具有更高的承载力、延性和更好的变形性能，承载力和刚度的退化较慢。

史庆轩，田建勃等[9]（2014年）采用有限元软件对钢板-混凝土组合连梁抗震性能进行了数值模拟。得出的结论为:试件的跨高比对其峰值荷载和屈服荷载有显著的影响，跨高比越大，连梁的峰值荷载和屈服荷载就越小，二者成反比的关系，但试件的延性是在不断的增强的。钢板越厚锚固在墙肢处的长度越长，连梁的承载能力和刚度就越大。

四、结论

我国对PRC连梁研究的起步较晚，研究成果和国外相比还很少。研究领域非常广泛，和普通混凝土连梁相比PRC连梁的优势非常明显。通过对国内外学者成果的介绍总结分析，得出如下结论：无论是在抗剪承载力方面，还是延性，滞回性能、耗能以及刚度退化等方面都有很强的提高。PRC连梁在跨高比较小时发生剪切破坏，在跨高比较大时发生弯曲破坏。

五、展望

随着我国经济社会的飞速发展，高层建筑定会广泛的被采用，对连梁的抗震性能要求也会越来越严格。普通的钢筋混凝土连梁已经不能满足结构抗震性能的要求，这也势必会激发新型连梁的产生。而PRC连梁在这种环境中肯定会有较快的发展，也势必会广泛的应用到工业生产中。所以对PRC连梁进行深入的研究是很有必要的，也是有重大的现实意义的。在以后的PRC连梁研究中应放在以下方面：

（1）研究连梁中钢板的最优锚固长度，这样会大大降低连梁的成本，也更加充分利用钢板的性能。

（2）研究连梁的最优跨高比，找到连梁的最优跨高比，能防止连梁发生脆性破坏，提高建筑物的抗性能，保证建筑物的正常使用功能。

[1]N.K.Subedi.Reinforced concrete beams with plate reinforcement for shear Proceedings of Institution of Civil Engineers, Part Z, 1989, 9.

[2]Shahrooz B. M.,Remmetter M. E. and Qin F. (1992), “Seismic response of composite coupled walls”,Proceedings of the Engineering Foundation Conefrence, 14-19 June 1992, ASCE.

[3]Harries K.A.,Mitchell D., Cook W.D.and Red Wood R.G.(1993),“Seismic response of steel beams coupling concrete walls”, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 119, No.12, Dec. 1993.

[4] Wai Yin LAM & Ray Kai Leung SU & Hoat Joen PAM. The performance and design of embedded steel composite coupling beams.Proceedings of 13th World Conference on Earthquake Engineering.

[5]邓志恒, 潘峰, 陶晓光, 等. 新型组合连梁控制结构体系[J].世界地震工程, 2003, 19(3):6-11.

[6张刚. 钢板混凝土连梁抗震性能的试验研究:[D]. 北京:清华大学, 2005.

[7]彭伙水. 钢板-混凝土组合连梁的应用研究. [J]福建科技,2009年第3期, 总129期, 33-35.

[8]马思文, 马毅. 内置钢板混凝土连梁与混凝土剪力墙节点性能研究. 科技信息, 2011年第15期, 356-357.

[9]史庆轩, 田建勃, 丁铁锋, 王南, 王朋, 王斌. 钢板-混凝土组合连梁抗震性能有限元分析[J]. 西安: 西安建筑科技大学学报(自然科学版), 2014, 05:622-628.