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钢筋混凝土柱和钢梁组合结构节点抗震性能研究
关键词：组合结构；抗震性能；RCS组合节点
1 引言
从广义上讲，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，因此各种建筑材料如钢、混凝土、砌体、木材组合制作而成的结构均可称为组合结构。但是随着结构工程发展，钢和混凝土成为了当今结构中应用最多的材料，并且由于抗震设计中主要运用的是钢和混凝土，因此本文所介绍之组合结构即为钢-混凝土组合结构。
目前结构工程中常用的组合结构形式有RCS组合节点、钢骨混凝土节点、钢管混凝土组合节点这三种，本文将主要围绕RCS组合节点的进行抗震性能研究，并提出目前存在的问题。
2 RCS组合节点构造
RCS组合结构即为钢筋混凝土柱和钢梁所组成的组合结构，它是近年来出现的一种新型组合结构形式。这种结构形式是纯钢结构和钢结构混凝土结构的一种继承和发展，可以发挥出两种材料各自的优点，在国内外得到广泛研究和应用。
从八十年代起RCS组合节点在美国日本等发达国家得到应用，并且两国产生了两种不同的结构形式。美国的RCS组合结构节点都是采用梁贯通式, 即钢梁连续穿过钢筋混凝土柱，而日本的RCS组合结构节点大部分采用的是采用柱贯通式, 即钢梁不连续穿过混凝土柱，而是连接在钢筋混凝土柱节点四周的柱面钢板上，如图1，图2所示。
图1 美国RCS 组合节点（梁贯通） 图2 日本RCS 组合节点（柱贯通）
天津大学杨建江等[1]对两国不同的组合节点形式进行了对比试验，发现在反复荷载作用下，美国的RCS组合节点的极限承载力、耗能能力、抗裂度以及刚度都要强于日本RCS组合节点，因此美国的RCS节点构造优于日本。
目前主要的RCS节点构造为在钢梁上加设面承板、嵌入式承载板、外伸式面承板、钢柱、焊栓钉等构件（如图3），这种构造可增大节点处混凝土抗压和抗能力，从而大幅度提高节点的强度。
3 RCS组合节点抗震性能研究概况
目前国内外对RCS组合节点抗震性能研究的主要方式为试验研究。美国和日本最早进行了RCS组合节点研究，通过相关试验得出动力作用下的受力性能。我国根据美国的研究成果，对RCS组合节点的承载力和延性进行了进一步分析，运用有限元等工具，研发出既符合国情需要又满足抗震性能的新型RCS节点，更多RCS节点的研究问题正在逐渐解决。
国内最早是天津大学[1]对四个节点在反复荷载作用下进行了试验，得到了承载力和相应的破坏特征，并给出了梁贯通式和柱贯通式组合节点的建议承载力公式。从试验中看出梁贯通式组合节点能够提高结构构件的承载力和延性，这种性能有利于抗震。
同济大学通过试验将梁贯通式和柱贯通式组合节点进行对比，同时也和普通混凝土节点抗震性能进行了对比[2]。本试验为拟静力加载试验．加载程序采用荷载一变形双控方法。研究通过试验装置得到数据发现梁贯通式节点的承载力、位移能力大于柱贯通式，并且通过比较两种节点的滞回曲线包络线面积和耗能系数，发现柱贯通节点耗能能力明显小于梁贯通节点。因此梁贯通节点抗震性能要强于柱贯通节点，并且也比普通混凝土的抗震性能要强。
由于美国的经典梁贯通式组合节点抗震性能要更强，因此梁贯通式节点在现实中得到了更广泛的应用。然而湖南大学提出了一种新型柱贯通式节点，通过端板螺栓连接钢筋混凝土柱和钢梁，并进行试验研究发现抗震性能大有提升，如图4所示。这种节点的特点是在浇灌钢筋混凝土柱后待混凝土达到一定强度，用高强螺栓将混凝土柱和钢梁连接起来，并在高强螺栓中施加预拉力。他们通过两个足尺节点的伪静力试验来研究其抗震性能和破坏形态。通过试验得知，使用高强螺栓预压力的方式，柱贯通式节点破坏时的延性以及节点处的抗剪能力都显著提高，并应尽量采用工厂焊接，从而保证节点的变形及耗能能力。
4 研究存在的问题与建议
（1）未考虑柱轴力对节点的影响。美国在研究和计算RCS节点时只考虑了剪力和弯矩的作用，并未顾及轴力对节点强度的作用。而国内的各种抗震性能研究中也因轴力作用下的节点受力比较复杂，未具体分析轴向力对节点的影响，因此还需进一步探索。
（2）研究的方法主要依靠试验，由于试件及器材的差异以及各种客观条件导致的误差，最终得到的试验结果并不一定准确。即使一些论文中运用到了有限元模拟分析，也是结合仅有的几个试验结果进行研究，得到的计算公式并不完善，因此亟需更深层次的理论研究得到合理的结果。
（3）影响此节点抗震性能的参数过多，包括了梁截面、柱截面、节点的形式、节点的布置、组合板细部、抗剪连接件的数量、楼板及荷载类型等。我们需要通过更多的理论研究来找到参数之间的关系，通过更多不同变量的试验来确定其准确的抗震性能。 （作者单位 湖北城建职业技术学院 胡永骁 李澍）
