鋼管混凝土異形柱抗震性能研究綜述

冀鵬明

摘 要：異形柱相比傳統柱最大的優點是節省了室內使用面積，提高了室內設計的美觀度，但由于異形柱框架結構的抗震性能要求極為嚴格，限制了其在抗震烈度大的地區的發展。近年來型鋼混凝土柱的出現增大了其抗震性能，目前使用最多的就是鋼管混凝土異形柱。本文對于鋼管混凝土異形柱的研究和應用現狀進行了總結，分析了鋼管混凝土異形柱的節點和抗震性能優點。并對鋼管混凝土異形柱的發展進行了總結。

關鍵詞：鋼管混凝土；異形柱；抗震性能

1 概述

鋼筋混凝土異形柱是近20年來引進的新型結構體系，它打破了常規的矩形截面，主要截面形式以L形、T形和十字形為主。其特殊的截面形式決定了它的優越性，它減少了結構在室內突出的棱角，從而增大了室內的建筑使用面積，同時異形柱可以采取廠房施工再到施工現場進行預制裝配，這樣不但提高了施工進度，而且有利于環保，符合了當代的綠色價值觀，因此深受廣大群眾的喜愛。

但是鋼筋混凝土異形柱在應用中暴露出了很多缺點和問題：對受到的水平方向的力要求非常的嚴格，不同方向的水平荷載對于構件所能承受的承載力影響很大設計時需要對不利荷載進行判定選取；異形柱的延性相對較差，因此需要通過增加箍筋的配筋量來控制軸壓比；由于異形柱的截面形式的局限使得其承受較大荷載時抗剪能力變差，所以對于異形柱框架結構的使用高度規定一般在層高27米以下，對高烈度設防地區甚至禁止使用該結構。

作為型鋼混凝土中的鋼管混凝土柱其表現出了良好的抗震性能，因此深受人們的喜愛。異形柱鋼管混凝土的使用機理是將混凝土灌入到的鋼管中，讓鋼管和混凝土形成整體一起承受上部傳來的荷載，同時由于混凝土置于鋼管中，使得鋼管對混凝土產生了束縛作用，這樣便提高了混凝土的延性，增強了混凝土的剛性性能，所以鋼管混凝土的抗震性能比普通鋼筋混凝土的抗震性能高出了很多。本文通過前人對形鋼混凝土異形柱的研究取得的成果和得出的結論進行了分析匯總，各方面來介紹鋼管混凝土異形柱的抗震性能和受力特性，總結出了鋼管混凝土異形柱的研究走向，并對今后的發展加以概述。

2 國內的研究現狀

在我國國內目前對于鋼管混凝土的研究較少，主要集中在同濟大學、天津大學、華南理工大學、中國建筑科學研究院、清華大學和西安建筑科技大學等單位，對鋼管混凝土異形柱的軸壓比、滯回性能、承載力、延性性能和抗震性能進行了相關的試驗和總結，取得了一定成果。近些年大量的科學學者和專家們又對鋼管混凝土中的混凝土和鋼管的黏結、滑移進行了一系列的研究和探討。1993年西安建筑科技大學對三層兩框組合型鋼混凝土組合框架進行了擬動力試驗，研究了該結構在不同地震條件下的動力反應，試驗表明，鋼管混凝土框架結構在進入塑性階段后損傷變大，振動周期變長[1]。1995年西南交通大學對單跨兩層的鋼管混凝土框架結構進行了抗震性能試驗，試件的設計原理是采取“強柱弱梁”，深入對其抗震性能的研究，試驗結果表明框架結構的破壞首先在柱端出現了塑性鉸，破壞大多發生在塑型區域，雖然框架結構出現了較大的變形，但是其依然能夠承受較大的屬性承載力，從而滿足了大震不倒的設計原理[2]。廣西大學鋼管混凝土異形柱結構很早就有研究，分別對不同數量的L、T和十字形鋼管混凝土異形柱的的正截面承載力進行了相關的試驗，進一步的掌握了鋼管混凝土異形柱的受力機理和破壞形式，由試驗結果表明鋼管混凝土異形柱的最大承載力要高出普通鋼筋混凝土柱很多[3]。

3 鋼管混凝土柱的靜力性能研究

現在對于鋼管混凝土異形柱正截面的受力性能的研究依然不夠充分，大部分研究著眼于軸壓偏壓承載力和截面受剪受彎穩定性幾個方面。同濟大學的呂西林和王丹[4]對L形和T形鋼管混凝土異形柱做了擬靜力試驗。該試驗的重點在于考慮了鋼混內部混凝土的強度，軸壓比和鋼管的壁厚對異形柱承載力的影響。該試驗得出的結果是：軸壓比的不同對L形和T形鋼管混凝土異形柱的承載力具有不同的影響，L形柱的極值承載力隨著軸壓比的增大在減小而T形柱的極值承載力由略微的提高；由于混凝土強度的提高，對承載力的提高表現較為明顯，但是鋼管內部的混凝土的等級高低幾乎對試件的承載力無影響；鋼骨壁厚度的增大，增大了試件的整體抗壓強度，有良好的效果。

4 鋼管混凝土柱的節點研究

異形柱的主要特點是其截面的面積較小，從而導致了受力的面積較小使得承受的抗剪承載力較低，所以提高異形柱節點的強度問題是提高其承載力的關鍵。目前對于異形柱節點增強方式對于方鋼混凝土的研究較多，主要方式有柱內加加強版、外加強板、外隔板節點等。然而就目前的鋼管混凝土異形柱較多采用的是內隔板式節點。通過采用內置隔板后，試件的極值荷載和屈服荷載較無內置隔板具有明顯的增大；在試件處于受拉狀態時，當試件到達峰值荷載時，其承載力變現出減緩削弱和增強變形能力的特點；收試件受壓時，其節點的正截面承載力有了相當大的提高。

5 結束語

鋼管混凝土異形柱較之前的鋼筋混凝土柱在承載力、延性和抗震性能方面都有了較大的提升，對于異形柱的普及推廣居勇較大的意義。

參考文獻：

[1] 白國良.型鋼鋼筋混凝土（SRC）結構的基本受力行為與設計方法[D].西安：西安建筑科技大學，1997.

[2] 趙世春，黃雄軍，夏招廣.SRC單跨兩層框架結構擬動力地震反應試驗研究[J].西南交通大學學報，1995（4）：360+367.

[3] 陳宗平.桁架式鋼骨的混凝土異形柱—不對稱T形截面正截面承載力研究[D].南寧：廣西大學，2004.

[4] 宋懷金.桁架式鋼骨混凝土異形柱—不等肢L形截面正截面承載力研究[D].南寧：廣西大學，2005.