鋼板混凝土組合連梁研究現狀

李海超

【摘 要】連梁是抵抗地震作用的第一道防線，研究連梁的抗震性能是非常有必要的。鋼板-混凝土組合（PRC）連梁是一種新型的組合連梁，其充分利用鋼板的抗剪承載力，有效的防止連梁發生脆性破壞，能較好的提高連梁的抗震性能。對國內外PRC連梁的研究現狀進行介紹和對比總結，提出自己對PRC連梁的一些見解。

【關鍵詞】鋼板-混凝土組合連梁；抗震性能；研究現狀

一、概述

隨著我國工業的飛速發展，高層建筑被廣泛的采用。在高層建筑結構體系中，剪力墻是抵抗地震作用的第一道防線，而連梁在剪力墻體系中又是最先抵抗水平地震作用的構件。普通的混凝土連梁已經很難滿足抗震性能的要求了。鋼板-混凝土組合連梁最早被國外的Subdei 等[1]人提出，其具體思路是：在普通混凝土連梁中加設鋼板，充分的利用鋼板的抗剪承載能力，提高其抗震性能。

二、國外研究現狀

鋼板-混凝土組合連梁的概念最早是由Subedi等人提出的，他們不僅詳細的分析了影響鋼板混凝土梁變形能力與強度的一些因素，而且還提出了兩種分析模型—剪壓破壞模型，斜拉破壞模型。

Shsharooz[2]等研究了下型鋼連梁在低周往復荷載作用下的性能。通過試驗他發現時間的滯回曲線非常的穩定和飽滿，但是在墻梁交界處的混凝土出現了嚴重的開裂和剝離。

Harries[3]等進行了2個足尺鋼連梁的試驗，通過試驗他得出以下結論：無論是彎曲破壞還是剪切破壞，鋼連梁都具有較好的延性和耗能能力，在腹板首先屈服的情況下耗能更好。

Lam[4]對5個鋼板混凝土連梁試件采用模擬地震作用的方式進行反復加載試驗，試驗結果表明配置鋼板后可以大幅度提高混凝土連梁的抗剪承載力，截面平均抗剪強度可以達到10Mpa，遠遠超過《建筑工程英標規范BS81110D （混凝土）》中5Mpa的限值。

三、國內研究現狀

廣西大學鄧志恒[5]提出了鋼桁架形式的連梁，并在鋼桁架上增設耗能減震裝置以以增加抵抗地震破壞的能力。通過對8個鋼組合桁架連梁的擬靜力試驗，試驗結果表明：在地震作用下，交叉腹桿桁架能明顯的提高連梁的抗剪承載力、并且在延性和耗能能力等方面也有很大的優勢；跨高比小、剛度大的試件承載能力強；此種構造的連梁滿足抗震所要求的延性高、塑性好、耗能能力強的要求。

清華大學張剛[6]對6個鋼板-混凝土組合連梁進行加載，并結合有限元分析得出了如下結論：隨著鋼板厚度的增加抗剪承載力也在不斷增大，鋼板高度越大，抗剪承載力的隨著板厚的加大提高的越明顯，在配板率相同時，試件的抗剪承載能力與鋼板截面的高厚比正相關。

彭伙水[7]通過對PRC連梁研究，提出在鋼板的兩側焊接栓釘，增強鋼板與混凝土的粘結，并在鋼板的端部開設數條縫寬為水平箍筋直徑的水平縫，這種構造的連梁就成為梳齒PRC連梁。這種連梁的優點是方便了水平箍筋的布置，加快施工速度。

馬思文、馬毅[8]（2011年）利用有限元軟件ABAQUS對組合鋼板混凝土剪力墻連接節點受力性能進行了數值分析，證明了組合鋼板混凝土連梁與混凝土剪力墻節點具有更高的承載力、延性和更好的變形性能，承載力和剛度的退化較慢。

史慶軒，田建勃等[9]（2014年）采用有限元軟件對鋼板-混凝土組合連梁抗震性能進行了數值模擬。得出的結論為：試件的跨高比對其峰值荷載和屈服荷載有顯著的影響，跨高比越大，連梁的峰值荷載和屈服荷載就越小，二者成反比的關系，但試件的延性是在不斷的增強的。鋼板越厚錨固在墻肢處的長度越長，連梁的承載能力和剛度就越大。

四、結論

我國對PRC連梁研究的起步較晚，研究成果和國外相比還很少。研究領域非常廣泛，和普通混凝土連梁相比PRC連梁的優勢非常明顯。通過對國內外學者成果的介紹總結分析，得出如下結論：無論是在抗剪承載力方面，還是延性，滯回性能、耗能以及剛度退化等方面都有很強的提高。PRC連梁在跨高比較小時發生剪切破壞，在跨高比較大時發生彎曲破壞。

五、展望

隨著我國經濟社會的飛速發展，高層建筑定會廣泛的被采用，對連梁的抗震性能要求也會越來越嚴格。普通的鋼筋混凝土連梁已經不能滿足結構抗震性能的要求，這也勢必會激發新型連梁的產生。而PRC連梁在這種環境中肯定會有較快的發展，也勢必會廣泛的應用到工業生產中。所以對PRC連梁進行深入的研究是很有必要的，也是有重大的現實意義的。在以后的PRC連梁研究中應放在以下方面：

（1）研究連梁中鋼板的最優錨固長度，這樣會大大降低連梁的成本，也更加充分利用鋼板的性能。

（2）研究連梁的最優跨高比，找到連梁的最優跨高比，能防止連梁發生脆性破壞，提高建筑物的抗性能，保證建筑物的正常使用功能。

參考文獻：

[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]鄧志恒， 潘峰， 陶曉光， 等. 新型組合連梁控制結構體系[J]. 世界地震工程， 2003， 19（3）：6-11.

[6張剛. 鋼板混凝土連梁抗震性能的試驗研究：[D]. 北京：清華大學， 2005.

[7]彭伙水. 鋼板-混凝土組合連梁的應用研究. [J]福建科技， 2009年第3期， 總129期， 33-35.

[8]馬思文， 馬毅. 內置鋼板混凝土連梁與混凝土剪力墻節點性能研究. 科技信息， 2011年第15期， 356-357.

[9]史慶軒， 田建勃， 丁鐵鋒， 王南， 王朋， 王斌. 鋼板-混凝土組合連梁抗震性能有限元分析[J]. 西安： 西安建筑科技大學學報（自然科學版）， 2014， 05：622-628.endprint