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部分預制裝配型鋼混凝土結構 版權信息
- ISBN：9787030673442
- 條形碼：9787030673442 ; 978-7-03-067344-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
部分預制裝配型鋼混凝土結構 內容簡介
本書系統介紹作者團隊在部分預制裝配型鋼混凝土結構方面的研究工作和取得的成果，具體內容包括：部分預制裝配型鋼混凝土梁的受彎、受剪性能研究；部分預制裝配型鋼混凝土柱的軸壓、偏壓、壓剪和抗震性能研究；部分預制裝配型鋼混凝土柱的受剪承載力計算方法研究。本書內容具有較好的系統性、理論性和實用性，可為部分預制裝配型鋼混凝土結構及預制裝配組合結構的設計研究提供理論依據和科學支撐。
部分預制裝配型鋼混凝土結構 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 型鋼混凝土結構 4
1.3 裝配式型鋼混凝土結構 5
1.4 部分預制裝配型鋼混凝土結構 8
1.5 本書的主要內容 11
參考文獻 12
第2章 PPSRC梁的受彎性能研究 15
2.1 引言 15
2.2 試驗概況 15
2.2.1 試件設計 15
2.2.2 材料性能 17
2.2.3 試件制作 18
2.2.4 量測方案 19
2.2.5 加載方案 20
2.3 試驗結果 21
2.3.1 試驗現象 21
2.3.2 荷載-撓度曲線 23
2.3.3 試驗結果特征值 24
2.3.4 應變分布 25
2.4 有限元分析方法 28
2.5 有限元分析結果與試驗結果對比 32
2.5.1 荷載-撓度曲線 32
2.5.2 應力分布 32
2.5.3 應變分布 33
2.6 PPSRC梁受彎性能有限元分析 34
2.6.1 矩形截面PPSRC梁 34
2.6.2 不同型鋼類型PPSRC梁 35
2.7 參數分析 37
2.7.1 現澆混凝土強度 37
2.7.2 截面類型 38
2.7.3 制作工藝 39
2.7.4 型鋼截面形式 39
2.8 PPSRC梁受彎剛度及變形計算 40
2.8.1 國內型鋼混凝土梁剛度計算方法 40
2.8.2 PPSRC梁剛度計算方法 43
2.8.3 PPSRC梁剛度與撓度計算結果 48
2.9 PPSRC梁正截面受彎承載力計算 50
2.9.1 現有計算方法 50
2.9.2 PPSRC梁正截面受彎承載力計算方法 52
2.10 本章小結 56
參考文獻 56
第3章 PPSRC梁的受剪性能研究 58
3.1 引言 58
3.2 試驗概況 58
3.2.1 試件設計 58
3.2.2 試件制作 61
3.2.3 量測方案 62
3.3 試驗結果 64
3.3.1 試驗現象 64
3.3.2 荷載-撓度曲線 68
3.3.3 應變分布 71
3.4 有限元分析 72
3.4.1 荷載-撓度曲線 72
3.4.2 應力分布 72
3.4.3 翼緣寬度分析 73
3.5 參數分析 74
3.5.1 剪跨比 74
3.5.2 現澆混凝土強度 75
3.5.3 翼緣寬度 75
3.5.4 型鋼類型 76
3.5.5 制作工藝 77
3.5.6 截面形式 77
3.6 PPSRC梁斜截面受剪承載力計算 78
3.6.1 我國現行相關標準計算方法 78
3.6.2 PPSRC梁斜截面受剪承載力計算方法一 83
3.6.3 PPSRC梁斜截面受剪承載力計算方法二 88
3.6.4 不同方法計算結果與試驗結果比較 105
3.7 本章小結 106
參考文獻 107
第4章 PPSRC柱的軸壓性能研究 108
4.1 引言 108
4.2 試驗概況 108
4.2.1 試件設計 108
4.2.2 試件制作 110
4.2.3 材性試驗 111
4.2.4 加載方案 112
4.2.5 量測方案 113
4.3 試驗結果 113
4.3.1 試驗現象 113
4.3.2 荷載-撓度曲線 115
4.3.3 應變分布 116
4.4 有限元分析 119
4.5 有限元分析結果與試驗結果對比 123
4.6 參數分析 127
4.6.1 截面配鋼率 127
4.6.2 配箍率 128
4.6.3 內部混凝土強度 129
4.6.4 抗剪栓釘 129
4.7 PPSRC柱軸壓承載力計算 130
4.7.1 現有計算方法 130
4.7.2 不同約束區域混凝土強度計算方法 132
4.7.3 PPSRC柱軸壓承載力計算公式 140
4.8 本章小結 145
參考文獻 146
第5章 PPSRC柱的偏壓性能研究 148
5.1 引言 148
5.2 試驗概況 148
5.2.1 試件設計 148
5.2.2 試件制作 150
5.2.3 加載方案 151
5.2.4 量測方案 151
5.3 試驗結果 152
5.3.1 試驗現象 152
5.3.2 軸向荷載-側向撓度曲線 154
5.3.3 側向撓度曲線 156
5.3.4 應變分布 156
5.3.5 位移延性系數 159
5.4 有限元分析結果與試驗結果對比 160
5.4.1 軸向荷載-側向撓度曲線 161
5.4.2 應力分析 161
5.5 參數分析 165
5.5.1 相對偏心距 165
5.5.2 內部現澆混凝土強度等級 166
5.5.3 混凝土外殼預制率 167
5.5.4 截面配鋼率 169
5.6 PPSRC柱偏壓承載力計算 170
5.6.1 基于極限狀態設計法的計算方法 171
5.6.2 基于疊加法的PPSRC柱正截面承載力計算方法 177
5.6.3 計算結果對比 187
5.7 PPSRC柱變形分析 187
5.7.1 側向撓度分析 188
5.7.2 截面剛度分析 188
5.8 本章小結 196
參考文獻 197
第6章 PPSRC柱的壓剪性能研究 199
6.1 引言 199
6.2 試驗概況 199
6.2.1 試件設計 199
6.2.2 加載方案 201
6.2.3 量測方案 202
6.3 試驗結果 202
6.3.1 試驗現象 202
6.3.2 荷載-撓度曲線 206
6.3.3 應變分析 209
6.4 有限元分析結果與試驗結果對比 211
6.4.1 荷載-撓度曲線 212
6.4.2 應力分布 212
6.5 PPSRC柱壓剪性能有限元分析 213
6.5.1 實心PPSRC柱參數分析 214
6.5.2 空心PPSRC柱參數分析 217
6.6 參數分析 218
6.6.1 剪跨比 218
6.6.2 軸壓比 219
6.6.3 內部混凝土強度 220
6.6.4 截面形式 221
6.7 本章小結 222
第7章 PPSRC長柱的抗震性能研究 223
7.1 引言 223
7.2 試驗概況 224
7.2.1 試件設計 224
7.2.2 材料性能 225
7.2.3 試件制作 227
7.2.4 量測方案 229
7.2.5 加載方案 230
7.3 試驗結果 231
7.3.1 試驗現象 231
7.3.2 滯回曲線 235
7.3.3 骨架曲線 237
7.3.4 應變分析 239
7.3.5 剛度退化 240
7.3.6 位移延性 242
7.3.7 耗能能力 243
7.4 長柱構件有限元分析 245
7.4.1 纖維截面 247
7.4.2 單元類型 248
7.5 有限元模型中的材料本構關系 248
7.5.1 混凝土 248
7.5.2 鋼材 250
7.6 有限元分析結果與試驗結果對比 252
7.6.1 滯回曲線 252
7.6.2 峰值荷載與耗能能力 254
7.7 參數分析 256
7.7.1 軸壓力 257
7.7.2 型鋼強度 258
7.7.3 配鋼率 259
7.7.4 預制混凝土強度 261
7.8 PPSRC長柱與HPSRC長柱壓彎承載力計算 261
7.8.1 基本假定 262
7.8.2 壓彎承載力計算方法 263
7.8.3 軸力-彎矩相關曲線 269
7.9 本章小結 270
參考文獻 272
第8章 PPSRC短柱的抗震性能研究 275
8.1 引言 275
8.2 試驗概況 275
8.2.1 試件設計 275
8.2.2 材料性能 277
8.2.3 試件制作 278
8.2.4 量測方案 278
8.2.5 加載方案 279
8.3 試驗結果 280
8.3.1 試驗現象 280
8.3.2 滯回曲線 283
8.3.3 骨架曲線 285
8.3.4 應變分析 286
8.3.5 剛度退化 288
8.3.6 位移延性 289
8.3.7 耗能能力 290
8.4 短柱構件有限元分析 291
8.4.1 纖維截面 293
8.4.2 非線性剪切彈簧 294
8.4.3 截面的組合 294
8.5 有限元模型中的材料本構關系 295
8.5.1 混凝土與鋼材 295
8.5.2 Pinching4 material模型 295
8.6 有限元分析結果與試驗結果對比 303
8.6.1 部分預制裝配型鋼混凝土短柱 304
8.6.2 型鋼再生混凝土短柱 306
8.7 本章小結 310
參考文獻 311
第9章 PPSRC柱的受剪承載力計算方法研究 312
9.1 引言 312
9.2 現行相關標準計算方法 313
9.2.1 《組合結構設計規范》計算方法 313
9.2.2 《鋼骨混凝土結構技術規程》計算方法 314
9.2.3 AISC 360-16計算方法 314
9.2.4 Eurocode 4計算方法 315
9.3 型鋼混凝土構件受剪承載力計算理論 317
9.3.1 基于修正拉-壓桿模型 318
9.3.2 基于軟化拉-壓桿模型 318
9.4 型鋼混凝土柱受剪承載力計算模型 319
9.4.1 模型的基本思想 320
9.4.2 計算流程 323
9.5 PPSRC柱受剪承載力計算模型 324
9.5.1 RC部分的剪切剛度 325
9.5.2 RC部分的受剪承載力 336
9.5.3 型鋼及內部混凝土部分的受剪承載力 339
9.5.4 計算結果與試驗結果對比 341
9.6 本章小結 345
參考文獻 345
彩圖
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 型鋼混凝土結構 4
1.3 裝配式型鋼混凝土結構 5
1.4 部分預制裝配型鋼混凝土結構 8
1.5 本書的主要內容 11
參考文獻 12
第2章 PPSRC梁的受彎性能研究 15
2.1 引言 15
2.2 試驗概況 15
2.2.1 試件設計 15
2.2.2 材料性能 17
2.2.3 試件制作 18
2.2.4 量測方案 19
2.2.5 加載方案 20
2.3 試驗結果 21
2.3.1 試驗現象 21
2.3.2 荷載-撓度曲線 23
2.3.3 試驗結果特征值 24
2.3.4 應變分布 25
2.4 有限元分析方法 28
2.5 有限元分析結果與試驗結果對比 32
2.5.1 荷載-撓度曲線 32
2.5.2 應力分布 32
2.5.3 應變分布 33
2.6 PPSRC梁受彎性能有限元分析 34
2.6.1 矩形截面PPSRC梁 34
2.6.2 不同型鋼類型PPSRC梁 35
2.7 參數分析 37
2.7.1 現澆混凝土強度 37
2.7.2 截面類型 38
2.7.3 制作工藝 39
2.7.4 型鋼截面形式 39
2.8 PPSRC梁受彎剛度及變形計算 40
2.8.1 國內型鋼混凝土梁剛度計算方法 40
2.8.2 PPSRC梁剛度計算方法 43
2.8.3 PPSRC梁剛度與撓度計算結果 48
2.9 PPSRC梁正截面受彎承載力計算 50
2.9.1 現有計算方法 50
2.9.2 PPSRC梁正截面受彎承載力計算方法 52
2.10 本章小結 56
參考文獻 56
第3章 PPSRC梁的受剪性能研究 58
3.1 引言 58
3.2 試驗概況 58
3.2.1 試件設計 58
3.2.2 試件制作 61
3.2.3 量測方案 62
3.3 試驗結果 64
3.3.1 試驗現象 64
3.3.2 荷載-撓度曲線 68
3.3.3 應變分布 71
3.4 有限元分析 72
3.4.1 荷載-撓度曲線 72
3.4.2 應力分布 72
3.4.3 翼緣寬度分析 73
3.5 參數分析 74
3.5.1 剪跨比 74
3.5.2 現澆混凝土強度 75
3.5.3 翼緣寬度 75
3.5.4 型鋼類型 76
3.5.5 制作工藝 77
3.5.6 截面形式 77
3.6 PPSRC梁斜截面受剪承載力計算 78
3.6.1 我國現行相關標準計算方法 78
3.6.2 PPSRC梁斜截面受剪承載力計算方法一 83
3.6.3 PPSRC梁斜截面受剪承載力計算方法二 88
3.6.4 不同方法計算結果與試驗結果比較 105
3.7 本章小結 106
參考文獻 107
第4章 PPSRC柱的軸壓性能研究 108
4.1 引言 108
4.2 試驗概況 108
4.2.1 試件設計 108
4.2.2 試件制作 110
4.2.3 材性試驗 111
4.2.4 加載方案 112
4.2.5 量測方案 113
4.3 試驗結果 113
4.3.1 試驗現象 113
4.3.2 荷載-撓度曲線 115
4.3.3 應變分布 116
4.4 有限元分析 119
4.5 有限元分析結果與試驗結果對比 123
4.6 參數分析 127
4.6.1 截面配鋼率 127
4.6.2 配箍率 128
4.6.3 內部混凝土強度 129
4.6.4 抗剪栓釘 129
4.7 PPSRC柱軸壓承載力計算 130
4.7.1 現有計算方法 130
4.7.2 不同約束區域混凝土強度計算方法 132
4.7.3 PPSRC柱軸壓承載力計算公式 140
4.8 本章小結 145
參考文獻 146
第5章 PPSRC柱的偏壓性能研究 148
5.1 引言 148
5.2 試驗概況 148
5.2.1 試件設計 148
5.2.2 試件制作 150
5.2.3 加載方案 151
5.2.4 量測方案 151
5.3 試驗結果 152
5.3.1 試驗現象 152
5.3.2 軸向荷載-側向撓度曲線 154
5.3.3 側向撓度曲線 156
5.3.4 應變分布 156
5.3.5 位移延性系數 159
5.4 有限元分析結果與試驗結果對比 160
5.4.1 軸向荷載-側向撓度曲線 161
5.4.2 應力分析 161
5.5 參數分析 165
5.5.1 相對偏心距 165
5.5.2 內部現澆混凝土強度等級 166
5.5.3 混凝土外殼預制率 167
5.5.4 截面配鋼率 169
5.6 PPSRC柱偏壓承載力計算 170
5.6.1 基于極限狀態設計法的計算方法 171
5.6.2 基于疊加法的PPSRC柱正截面承載力計算方法 177
5.6.3 計算結果對比 187
5.7 PPSRC柱變形分析 187
5.7.1 側向撓度分析 188
5.7.2 截面剛度分析 188
5.8 本章小結 196
參考文獻 197
第6章 PPSRC柱的壓剪性能研究 199
6.1 引言 199
6.2 試驗概況 199
6.2.1 試件設計 199
6.2.2 加載方案 201
6.2.3 量測方案 202
6.3 試驗結果 202
6.3.1 試驗現象 202
6.3.2 荷載-撓度曲線 206
6.3.3 應變分析 209
6.4 有限元分析結果與試驗結果對比 211
6.4.1 荷載-撓度曲線 212
6.4.2 應力分布 212
6.5 PPSRC柱壓剪性能有限元分析 213
6.5.1 實心PPSRC柱參數分析 214
6.5.2 空心PPSRC柱參數分析 217
6.6 參數分析 218
6.6.1 剪跨比 218
6.6.2 軸壓比 219
6.6.3 內部混凝土強度 220
6.6.4 截面形式 221
6.7 本章小結 222
第7章 PPSRC長柱的抗震性能研究 223
7.1 引言 223
7.2 試驗概況 224
7.2.1 試件設計 224
7.2.2 材料性能 225
7.2.3 試件制作 227
7.2.4 量測方案 229
7.2.5 加載方案 230
7.3 試驗結果 231
7.3.1 試驗現象 231
7.3.2 滯回曲線 235
7.3.3 骨架曲線 237
7.3.4 應變分析 239
7.3.5 剛度退化 240
7.3.6 位移延性 242
7.3.7 耗能能力 243
7.4 長柱構件有限元分析 245
7.4.1 纖維截面 247
7.4.2 單元類型 248
7.5 有限元模型中的材料本構關系 248
7.5.1 混凝土 248
7.5.2 鋼材 250
7.6 有限元分析結果與試驗結果對比 252
7.6.1 滯回曲線 252
7.6.2 峰值荷載與耗能能力 254
7.7 參數分析 256
7.7.1 軸壓力 257
7.7.2 型鋼強度 258
7.7.3 配鋼率 259
7.7.4 預制混凝土強度 261
7.8 PPSRC長柱與HPSRC長柱壓彎承載力計算 261
7.8.1 基本假定 262
7.8.2 壓彎承載力計算方法 263
7.8.3 軸力-彎矩相關曲線 269
7.9 本章小結 270
參考文獻 272
第8章 PPSRC短柱的抗震性能研究 275
8.1 引言 275
8.2 試驗概況 275
8.2.1 試件設計 275
8.2.2 材料性能 277
8.2.3 試件制作 278
8.2.4 量測方案 278
8.2.5 加載方案 279
8.3 試驗結果 280
8.3.1 試驗現象 280
8.3.2 滯回曲線 283
8.3.3 骨架曲線 285
8.3.4 應變分析 286
8.3.5 剛度退化 288
8.3.6 位移延性 289
8.3.7 耗能能力 290
8.4 短柱構件有限元分析 291
8.4.1 纖維截面 293
8.4.2 非線性剪切彈簧 294
8.4.3 截面的組合 294
8.5 有限元模型中的材料本構關系 295
8.5.1 混凝土與鋼材 295
8.5.2 Pinching4 material模型 295
8.6 有限元分析結果與試驗結果對比 303
8.6.1 部分預制裝配型鋼混凝土短柱 304
8.6.2 型鋼再生混凝土短柱 306
8.7 本章小結 310
參考文獻 311
第9章 PPSRC柱的受剪承載力計算方法研究 312
9.1 引言 312
9.2 現行相關標準計算方法 313
9.2.1 《組合結構設計規范》計算方法 313
9.2.2 《鋼骨混凝土結構技術規程》計算方法 314
9.2.3 AISC 360-16計算方法 314
9.2.4 Eurocode 4計算方法 315
9.3 型鋼混凝土構件受剪承載力計算理論 317
9.3.1 基于修正拉-壓桿模型 318
9.3.2 基于軟化拉-壓桿模型 318
9.4 型鋼混凝土柱受剪承載力計算模型 319
9.4.1 模型的基本思想 320
9.4.2 計算流程 323
9.5 PPSRC柱受剪承載力計算模型 324
9.5.1 RC部分的剪切剛度 325
9.5.2 RC部分的受剪承載力 336
9.5.3 型鋼及內部混凝土部分的受剪承載力 339
9.5.4 計算結果與試驗結果對比 341
9.6 本章小結 345
參考文獻 345
彩圖
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部分預制裝配型鋼混凝土結構 節選
第1章 緒論 1.1 研究背景 近二十年來，我國高層建筑的建設規模位居世界前列，在建筑高度不斷增加的同時，建筑體型也越加復雜，且多向大跨及重載方向發展，從而使構件承受的荷載越來越大[1]。為了減小傳統鋼筋混凝土(reinforced concrete，RC)構件的截面面積以擴大建筑的實際使用面積，鋼-混凝土組合結構逐漸成為高層及超高層建筑結構較多選用的承重及抗側力結構形式[2-11]。 如圖1.1所示，作為鋼-混凝土組合結構中一種重要的結構形式，由于在傳統RC結構中配置了型鋼，型鋼混凝土(steel reinforced concrete，SRC)結構具有承載力高、軸向和抗側剛度大與變形性能好等優點。同時SRC構件中型鋼包裹在混凝土中，有效解決了傳統鋼結構建筑中的防火、防銹蝕及局部穩定性等問題。 圖1.1 SRC框架結構 綜上所述，與RC結構相比，SRC結構優勢如下[2-11]： (1)承載力高。由于在截面內部配置了型鋼，在相同截面尺寸條件下，SRC構件的承載力相比RC構件顯著提高，可以有效減小構件的截面面積。在高層及超高層建筑中，梁、柱構件截面面積的減小可以有效增加建筑使用面積和層高，產生良好的建筑使用效果和經濟效益。 (2)施工速度快。如圖1.2所示，在混凝土未澆筑成型之前，SRC構件中的型鋼已連接形成型鋼骨架，型鋼骨架可以在施工時作為承重構件，承受模板與其他施工荷載。同時，相比采用RC結構的高層建筑，采用SRC結構的高層建筑不必等待混凝土達到預定強度即可繼續進行上層結構施工，使工期進一步縮短。 圖1.2 SRC結構施工現場 (3)抗震性能好。SRC結構中的型鋼可增強地震作用下構件的變形能力與耗能性能，尤其適用于地震設防區域的高層及超高層建筑。 與鋼結構相比，SRC結構優勢如下[2-11]： (1)防火、防銹蝕能力好。SRC構件中型鋼被外部混凝土包裹，其防火、防銹蝕性能顯著提高。*早采用SRC結構的主要目的就是利用其良好防火能力。 (2)剛度大。SRC構件中的型鋼外包混凝土可顯著提升構件的剛度。配鋼率相等時，SRC構件的剛度明顯大于鋼構件。因此，將SRC結構應用于高層及超高層建筑，可有效克服鋼結構變形過大的缺點。 (3)穩定性好。SRC構件中型鋼包裹于混凝土中，混凝土可有效約束其內部型鋼，防止型鋼發生局部屈曲，因此SRC構件中的型鋼一般不需加設加勁肋。同時，型鋼和混凝土組合后有更大的軸向剛度，構件的整體穩定性也顯著提高。 (4)經濟性好。與鋼結構相比，經合理設計的SRC結構可節省鋼材約50%甚至更多，可有效降低建造成本。 因為SRC結構的受力性能優越，許多超高層建筑，如上海環球金融中心、上海金茂大廈、中央電視臺總部大樓、北京國貿三期主樓等工程均采用SRC結構。但SRC結構也存在一些不足。傳統現澆SRC結構的施工方法為首先進行構件中梁、柱型鋼的整體拼裝，其次進行鋼筋的綁筋與模板的支設，*后澆筑混凝土。由于SRC構件中同時存在型鋼與鋼筋，含有粗骨料的普通混凝土的澆筑及振搗質量不易保證；同時梁柱節點處構造復雜，鋼筋密布且施工工序繁雜，使現澆SRC結構的施工難度進一步增加(圖1.3)。因此，SRC結構在推廣應用中受到了極大的限制，沒有得到量大面廣的使用。 圖1.3 SRC結構梁柱節點 如圖1.4所示，經有效抗震設計的預制混凝土(precast concrete，PC)結構可以有效簡化RC結構現場施工工序，因而在國內外得到廣泛應用[12-17]。PC結構與現澆RC結構相比主要有以下優點： 圖1.4 PC預制構件 (1)構件質量好。PC構件主要在預制工廠制作，相比施工現場制作，生產條件更好，質量更可控。預制工廠制作的PC構件在強度、耐久性、密實性、防水性等方面比施工現場制作的RC構件更有保證；同時預制工廠制作時可使用更精細的模板以及蒸汽養護，從而使構件表面質量更佳。 (2)生產效率高。在預制工廠制作PC構件時大多使用自動化、機械化的方式，其生產效率高于施工現場制作的構件。同時，PC構件運輸至施工現場后的安裝也多采用機械化施工方式，不需要(干式連接)或僅需少量(濕式連接)的混凝土作業，減少了現澆混凝土的養護時間，且受天氣及季節的影響較小，施工較為便捷。 (3)有利于高性能土木工程材料的使用。隨著高性能水泥基材料的不斷涌現，將其用于RC結構中以增強結構性能的需求不斷提升。以工程水泥基復合材料(engineered cementitious composite，ECC)及活性粉末混凝土(reactive powder concrete，RPC)等超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，UHPC)為代表的高性能水泥基材料的水灰比均較小且摻有不同種類的纖維，因此其流動性降低且多需要蒸汽養護以達到目標性能，現場施工時的使用難度進一步增加。預制工廠制作的PC構件有利于上述高性能水泥基材料的推廣。 綜上所述，SRC結構受力性能優越但現場施工工序繁雜，PC構件質量好且現場施工效率高。因此將二者的優勢結合，不但可以解決傳統SRC結構現場施工困難的問題，還能結合PC結構的特點形成受力與施工性能更好的新型結構體系。 1.2 型鋼混凝土結構 SRC結構的應用始于20世紀初，歐美國家主要用來改善鋼結構的耐火性能[9]。蘇聯在第二次世界大戰后將SRC結構大量應用于工業廠房的建造中，并發布了相關標準[18]。由于SRC結構的抗震性能優越，地震頻發的日本于20世紀50年代開始對SRC構件及結構進行了較為系統的研究，并發布了相關標準[19]。20世紀50年代我國借鑒蘇聯的相關設計方法將SRC結構首先應用于工業廠房的建設中，并隨著SRC結構在地震設防區域應用的不斷增多，先后發布了《鋼骨混凝土結構技術規程》(YB 9082—2006)[20]、《型鋼混凝土組合結構技術規程》(JGJ 138—2001)[21]及《組合結構設計規范》(JGJ 138—2016)[22]以指導SRC結構的設計與應用。 從20世紀80年代中期至今，西安建筑科技大學相關研究人員對SRC梁、柱、節點及框架結構的黏結性能、基本力學性能與抗震性能進行了系統的研究[23-30]。隨著建筑材料技術的不斷發展及高層結構對構件承載力要求的逐漸提高，西安建筑科技大學[31-32]、大連理工大學[33-38]與重慶大學[39]也系統地開展了型鋼高強混凝土(steel reinforced high-strength concrete，SRHSC)結構的研究。 目前，對傳統SRC結構與SRHSC結構的基本力學性能與抗震性能的研究較多[40-44]。隨著高強鋼材及其連接技術的不斷發展，近年來國外學者開始研究使用高強鋼材與高強混凝土的SRC構件。Lai等[45-50]進行了C100級以上的混凝土與S500級以上鋼材SRC柱的軸壓性能試驗研究，并提出了相應的承載力計算方法，但其黏結性能、偏壓性能及抗震性能仍需進一步研究。 綜上所述，現階段關于SRC構件與結構的研究多處于材料創新應用階段，即對SRC構件截面內的混凝土與鋼材進行材料替換，較少對制約SRC結構應用的關鍵因素，即繁雜的現場施工流程進行有效的研究。與此同時，高強鋼材與UHPC組合而成的SRC構件主要處于試驗研究階段。如何更好地保證高強鋼材現場施工連接質量以及保證UHPC的施工現場澆筑養護與質量的問題仍未得到有效解決。此外，現階段UHPC的造價昂貴且對生產與養護要求較高，如何結合濕式連接PC構件的疊合施工特點，并在滿足承載力的前提下適當減少UHPC用量也是亟待研究的問題。基于此，開展傳統SRC結構、PC結構與高性能土木工程材料的優化組合研究勢在必行。 1.3 裝配式型鋼混凝土結構 為了充分結合SRC結構受力性能與PC結構施工性能的優勢，國內外工程技術人員進行了許多嘗試，提出了裝配式SRC結構。 圖1.5 SR-PC工法示意圖日本是地震頻發的國家，在20世紀70年代，日本住宅公團(現在的都市基礎配備公團)開始使用將SRC結構預制化的H-PC工法來建設住宅，并迅速普及。當時的H-PC工法是指將使用H型鋼的SRC柱或梁構件預制化，但由于鋼筋連接方法有限，預制SRC構件間的連接主要以型鋼焊接為主，結構主要依靠型鋼承受荷載。隨著鋼材價格的不斷提高以及鋼筋連接方式的不斷完善，工程設計人員為使H-PC工法中的RC部分也能承受部分荷載，提出了SR-PC工法。如圖1.5所示，在SR-PC工法中，SRC梁采用預制方法制作，SRC柱依然采用現場現澆的方式施工，使得PC結構施工便捷的優勢未能*大程度地發揮[16，51-53]。 為使預制鋼-混凝土組合(混合)結構的發展更加多樣化，日本藤田(Fujita)公司提出了可供多高層建筑使用的藤田預制型鋼混凝土(Fujita steel reinforced precast concrete， FSRPC)工法，其中又分為使用預制RC柱與鋼梁的FSRPC-B工法與使用預制SRC柱與鋼梁的FSRPC-T工法[54]。如圖1.6(a)、(b)所示，在初期的FSRPC-B工法中，預制RC柱為一個預制單元，而節點核心區與鋼梁拼接為另一個預制單元，在施工現場定位RC柱并使用灌漿套筒連接上、下柱的鋼筋后，將包含節點核心區與鋼梁的預制單元放置于RC柱頂即完成一個跨度的施工。此外，FSRPC-B工法通過在節點核心區設置直交鋼梁及鋼板箍與鋼板筒以進一步提升抗震性能。 因初期的FSRPC-B工法中節點核心區與鋼梁組成的預制單元與預制RC柱間的對接工藝較為復雜，為了進一步提升施工速度，藤田公司提出了改進的FSRPC-B工法，如圖1.6(c)、(d)所示。在改進的FSRPC-B工法中，帶節點核心區的預制RC柱為一個預制單元，鋼梁為另一個預制單元，為了方便兩個預制單元間的連接，節點核心區外設型鋼牛腿。因此，現場施工中，僅需在定位上、下RC柱并使用灌漿套筒連接后，使用鋼結構連接工藝連接兩個柱間的鋼梁即可完成一個跨度的施工。相比于前述FSRPC-B工法在節點核心區與鋼梁放置于RC柱頂時需要使柱中預留鋼筋準確穿過節點核心區的施工工藝，改進的FSRPC-B工法中的鋼梁與型鋼牛腿的連接速度更快，施工難度更低。 圖1.6 FSRPC-B工法與改進的FSRPC-B工法示意圖及現場施工圖 為了進一步提升結構的承載能力與抗側剛度，藤田公司在改進的FSRPC-B工法基礎上提出了使用預制SRC柱的FSRPC-T工法。如圖1.7所示，除將預制RC柱更換為預制SRC柱外，FSRPC-T工法的現場施工工藝與改進的FSRPC-B工法的現場施工工藝基本相同，而預制SRC柱間型鋼的連接創新地使用了型鋼灌漿套筒連接工藝。雖然FSRPC-T工法在日本得到了眾多應用，但型鋼灌漿套筒連接工藝較為復雜，且連接質量不易控制；另外，為了連接方便，FSRPC-T工法中預制SRC柱中的型鋼均采用了圓形鋼管，同時在連接部位刻槽便于灌漿錨固，使鋼管加工工藝變得復雜。 圖1.7 FSRPC-T工法示意圖及現場施工圖 韓國同為地震易發的國家，為了推進預制SRC結構的應用，Hong等[55-62]提出了使用部分預制SRC梁與現澆或預制SRC柱的模塊化混合體系(modularized
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