华北理工大学建筑工程学院 河北唐山 063009
摘要：作为钢混结构的一种结构组合形式，钢管混凝土因能够，因为由钢管混凝土柱的刚度控制结构侧移，故可充分发挥其轻质、延性好等优点；钢梁则具有自重轻、强度高、工期短和易于开孔以穿越建筑管道等方面的优势。钢管混凝土－钢梁组合体系是一种具有巨大开发与应用前景的新型房屋结构体系，但由于钢管混凝土柱－钢梁节点的多样性及其受力状态的复杂性，国内外对采用这类节点的框架结构的深入研究显得相对滞后，在一定程度上制约了这类组合结构体系的推广。
关键词：组合结构；钢管混凝土；钢梁；端板螺栓连接；抗震性能
1 前言
作为身处地震带的国家，地震灾害不仅对生命财产造成了极大的损失，更严重阻碍了我国城市的建设发展。尤其在灾后重建过程中，许多老旧建筑物不论是由于初始设计缺失还是重建过程中的草率应付，而缺乏韧性和延展性，最终导致不可逆的无预兆破坏。由此，地震对于建筑结构的破坏机制目前也称为学界研究的热点。在现阶段，世界上许多国家都根据本国实际情况和要求对结构的非线性方法分析和抗震变形验算做了相应规定。
2 组合结构
根据文献分析，组合构件是由两种或两种以上不同物理性质的材料结合而形成整体的构件。它能够在各种力的作用下，协同工作完成荷载的工作。
其中有一种组合构件是由钢和混凝土组合而成，但又不同于钢筋混凝土结构采用的单一钢筋形式，而是用型钢或焊接组合截面的钢材与混凝土结合，简称为钢—混凝土结构。与单一材料相比，这种组合结构将两种材料的优点相结合，缺点互相弥补，结合了钢的韧和混凝土的强，并且相比较传统钢筋混凝土，型钢的强度和刚度比钢筋好很多，所以具有更强的稳定性和轻便性，并且相同单位内，可以更加节省钢材。千千万万的实验和实践也证明，钢—混凝土结构是抵抗风和重力荷载的非常合理有效的结构（图1.1）。
3 钢管混凝土组合框架现状
钢管混凝土结构，是钢—混凝土结构的一个分支，它是将混凝土填充到钢管内，也就是钢管在外，混凝土在内的形式。对它的研究最为成熟的是有限单元法，但目前利用有限元分析该种结构的难点有以下几点：
（1）混凝土材料性质难以用弹塑性模拟；（2）钢和混凝土之间的粘结模拟；（3）材料的泊松比数值受荷载和构件尺寸的影响；（4）钢与混凝土相互约束作用的模拟。
虽然在有限元计算当中，钢材本构关系模型研究有了丰硕成果，但混凝土材料的力学特性十分复杂，我们用不同的材料模型来表达其在破坏中的多种可能，比如非线性弹性模型、塑性－损伤模型、边界面模型等。但是即使我们能过通过许多简单的本构关系模型试图模拟混凝土的材料特性，但得到的数据依旧与混凝土的实际情况相差略远。
目前，国内外专家对钢管混凝土结构的柱、梁，以及其节点等研究出了更加接近实际情况的理论计算模型，并且对该模型进行了试验论证。
4 方钢管混凝土柱与钢梁组合框架
国内外学者对于这种结构的深入研究就现在来说还比较少，是一个新领域。Hajjar等（1998）结合他们对钢管混凝土柱提出的分布塑性模型（Distributed Plasticity model），但未考虑地震作用下结构的响应。2001年，国外学者Mehanny通过对该结构的有限元分析，研究了模型的非线性时程，对其递增状态下的地震激励下力学特点有了杰出的成果。in和Tsai 等运用OPENSEES和PISA3D等软件对在屈曲约束支撑下的该结构进行了有限元模拟计算。利用PISA3D软件的计算中，他们采用了双线性三参数退化材料模型进行模拟计算，而在利用OPENSEES计算时，则采用的是单轴混凝土模型（Kent-Scott-Park Concrete01）和随动强化单轴双线性钢材料模型（Steel01），但这样做的缺点是没有考虑到混凝土抗拉强度的特点。
由于该结构是钢管混凝土柱与钢梁形成的组合框架，导致建模时没有考虑楼板，而且在对该结构进行试验时，在位移到达峰值之前该机构已经进行了若干次拟动力试验，虽然先对位移较小，但是足以时其刚度改变，所以此次试验依旧存在较大误差。
5 钢管混凝土框架的抗震性能分析
1998到2000年之间我国学者马万福等人对单层单跨的这种框架进行了拟动力试验。试验结果说明这种结构可以在地震时抵御一定的变形，其延性以及承载能力较好。
2001年周福霖等人对该结构的抗震性能进行了更加完善的试验，即利用振动台对比例缩小1/3之后的试件进行加载。结果也表明该结构具备良好的抗震性能。
2003年时，王来等人有对其一榀两跨的模型进行拟静力试验，得出了该结构比普通混凝土结构的抗震性能更加良好的结论。
论文作者:富腾
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/28
标签：混凝土论文; 组合论文; 结构论文; 钢管论文; 模型论文; 钢梁论文; 材料论文; 《基层建设》2017年第14期论文;