組合結(jié)構(gòu)節(jié)點性能研究現(xiàn)狀

組合結(jié)構(gòu)節(jié)點性能研究現(xiàn)狀1概述1.1研究背景與研究意義近年來，隨著經(jīng)濟開展與科技進步，建筑物逐漸向高聳、大跨、重載等復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式開展，而傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)受材料特性的影響，很難同時滿足結(jié)構(gòu)的平安性、施工性、耐久性以及經(jīng)濟性等綜合指標，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)正是在這種背景下逐漸受到重視，成為繼混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的又一重要結(jié)構(gòu)形式。鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮兩種材料的各自優(yōu)勢。在力學(xué)性能方面，由于鋼材和混凝土的相互約束，使得鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的承載力和變形能力顯著提高，抗風和抗震性能明顯增強；在經(jīng)濟性能方面，鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的造價較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式更低，與鋼結(jié)構(gòu)相比節(jié)省了近一半鋼材，與混凝土結(jié)構(gòu)相比減輕了自重，節(jié)約了混凝土，且鋼結(jié)構(gòu)可作為模板，節(jié)省了支模、拆模的施工工序，大大縮短了施工周期，降低了人工費用；在建筑美觀性能方面，鋼—混凝土結(jié)構(gòu)可以在保證相同承載力的前提下有效減小截面尺寸，降低結(jié)構(gòu)高度，增大利用空間，使得結(jié)構(gòu)外形更加美觀。鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)已成為最具競爭力的結(jié)構(gòu)形式之一。傳統(tǒng)的鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)是指材料層面上的組合效應(yīng)，主要包括：壓型鋼板組合板、組合梁、型鋼混凝土、鋼管混凝土和外包鋼混凝土等五類結(jié)構(gòu)。然而，隨著建筑業(yè)的快速開展，對結(jié)構(gòu)實用功能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的組合結(jié)構(gòu)不能再滿足時代的需求。此外，新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，也為組合結(jié)構(gòu)的進一步開展創(chuàng)造了條件。目前，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的概念更為廣泛，除了材料的組合效應(yīng)，還包括構(gòu)件層面的組合效應(yīng)，我國高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)中已建或在建的大跨空間結(jié)構(gòu)及超高層結(jié)構(gòu)工程中，半數(shù)以上全部或局部采用了組合結(jié)構(gòu)體系，其中很多都是將鋼管混凝土、型鋼混凝土與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件組合起來，采用鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土梁、型鋼混凝土柱—鋼筋混凝土梁、鋼筋混凝土柱—鋼與混凝土組合梁等組成框架，用鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土無梁樓蓋組成板柱結(jié)構(gòu)，從而形成鋼—混凝土組合構(gòu)件為主要承重構(gòu)建的組合結(jié)構(gòu)體系[2]。組合結(jié)構(gòu)體系的快速開展，使得組合節(jié)點的研究開始凸現(xiàn)其重大的理論意義和實用價值。組合節(jié)點是組合結(jié)構(gòu)的傳力樞紐，是結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵部位，其工作的平安可靠性是保證結(jié)構(gòu)正常工作的前提。不同形式的構(gòu)件會聚于節(jié)點，其常處于壓、彎、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，受力情況比擬復(fù)雜，給組合節(jié)點的設(shè)計與施工帶來巨大難度。此外，在恒載、活載的共同作用下，節(jié)點是最易遭受破壞的部位之一，亦是導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一。而節(jié)點破壞后的修復(fù)工作，費用高且難度大。因此，研究組合節(jié)點的受力性能、了解其破壞機理，提出計算可靠、構(gòu)造合理的設(shè)計方法是十分必要的。1.2組合節(jié)點分類根據(jù)組合節(jié)點所連接構(gòu)件的材料不同，一般主要包括以下幾種形式：鋼筋混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件的連接節(jié)點、組合構(gòu)件與鋼構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件的連接節(jié)點、組合構(gòu)件和組合構(gòu)件的連接節(jié)點。1、RCS組合節(jié)點鋼筋混凝土柱—鋼梁組合框架結(jié)構(gòu)〔簡稱為RCS〕由鋼筋混凝土柱和鋼梁組成的框架結(jié)構(gòu)體系。20世紀80年代初，美國率先研制出了RCS組合框架結(jié)構(gòu)，并將其成功應(yīng)用于中、高層建筑，80年代末，日本逐漸認識到RCS組合框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，也開始研制開發(fā)該結(jié)構(gòu)體系[3]。目前，各國RCS組合結(jié)構(gòu)體系主要采用的節(jié)點形式有梁貫穿式組合節(jié)點和柱貫穿式組合節(jié)點。梁貫穿式組合節(jié)點美國的RCS組合結(jié)構(gòu)多采用梁貫穿式組合節(jié)點，即鋼梁連續(xù)穿過鋼筋混凝土柱的設(shè)計方案，圖1-1(a)給出了典型的梁貫穿式節(jié)點示意圖。采用梁貫穿式節(jié)點可以免除在最大彎矩處焊接和螺栓連接鋼梁的不利構(gòu)造，并可在梁柱節(jié)點處增設(shè)補強構(gòu)件，如面承板或剪力釘?shù)?，以增強梁柱?jié)點剛度。梁貫穿式節(jié)點(b)柱貫穿式節(jié)點圖1-1RCS組合節(jié)點柱貫穿式組合節(jié)點日本的RCS組合結(jié)構(gòu)絕大局部采用柱貫穿式組合節(jié)點，鋼梁不得整體連續(xù)穿過鋼筋混凝土柱，而只連接在鋼筋混凝土柱節(jié)點區(qū)域四周的柱面鋼板上，典型節(jié)點大樣如圖1-1(b)所示。2、鋼管混凝土節(jié)點〔1〕加強環(huán)式節(jié)點加強環(huán)式節(jié)點是鋼管混凝土最常用的梁柱節(jié)點，其包括一下兩種形式[4-6]：=1\*GB3①外加強環(huán)式節(jié)點：外加強環(huán)式剛接節(jié)點是研究最成熟、工作最可靠、應(yīng)用最廣泛的一種節(jié)點類型。其工作原理是通過與鋼梁上、下翼緣同一高度位置設(shè)置環(huán)板，與鋼梁的上、下翼緣采用對接焊縫或高強螺栓連接，傳遞梁端彎矩，利用環(huán)板之間的肋板傳遞剪力，節(jié)點構(gòu)造圖如1-2(a)所示。此種節(jié)點傳力路徑明確、節(jié)點剛度大、承載力高，抗震性能良好且施工方便，是一種綜合性能良好的節(jié)點形式。但節(jié)點的用鋼量大，且用于鋼筋混凝土樓蓋時施工困難，梁縱筋與加強環(huán)的焊接麻煩，影響鋼筋籠的定位，適用性和靈活性較差差。=2\*GB3②內(nèi)加強環(huán)式節(jié)點：內(nèi)加強環(huán)式節(jié)點是在鋼管內(nèi)部設(shè)置加強環(huán)，與鋼梁上、下翼緣同一高度，防止鋼梁上、下翼緣對于鋼管混凝土柱節(jié)點區(qū)域的鋼管產(chǎn)生過大法向拉力，影響節(jié)點區(qū)域局部鋼管內(nèi)混凝土的約束效應(yīng)，節(jié)點構(gòu)造圖如1-2(b)所示。與外加強環(huán)節(jié)點相比，此種節(jié)點構(gòu)造較為簡單，鋼材用量少，且較節(jié)省室內(nèi)空間。但由于內(nèi)加強環(huán)與鋼梁翼緣焊接于鋼管內(nèi)外同一位置，該處鋼材因反復(fù)施焊而受到損傷，在反復(fù)荷載作用下，該處焊縫或母材容易率先開裂導(dǎo)致節(jié)點破壞，且內(nèi)環(huán)的存在給澆筑管內(nèi)混凝土帶來一定難度。外加強環(huán)式節(jié)點(b)內(nèi)加強環(huán)式節(jié)點圖1-2加強環(huán)式節(jié)點〔2〕錨定式節(jié)點錨定式節(jié)點是在鋼管內(nèi)正對鋼梁上、下翼緣處各焊接一個T形錨定板，埋于管內(nèi)混凝土中，以承受鋼梁翼緣傳來的拉力，剪力傳遞那么依靠鋼梁腹板的豎直焊縫，其節(jié)點構(gòu)造如圖1-3所示。與加強形式節(jié)點相比，此種節(jié)點構(gòu)造簡單，節(jié)省鋼材，但整體剛度較小。由于需要在管內(nèi)焊接T形錨固板，因此鋼管截面尺寸不能太小，此類節(jié)點僅適用于管徑較大而節(jié)點內(nèi)力不大的情況?！?〕穿心式節(jié)點穿心式節(jié)點是將鋼梁的腹板在鋼管混凝土柱身內(nèi)貫穿設(shè)置，形成穿心構(gòu)件。翼緣局部可在進入管內(nèi)后逐漸變窄或由鋼梁翼緣擴展成加強環(huán)板，圖1-4給出了穿心式節(jié)點構(gòu)造圖[4]。此種節(jié)點用鋼量較多，施工復(fù)雜，且當鋼梁翼緣伸入管內(nèi)時，會影響混凝土澆筑。圖1-3錨定式節(jié)點圖1-4穿心式節(jié)點〔4〕十字板節(jié)點十字板節(jié)點是在鋼管內(nèi)設(shè)置十字加勁板來提高節(jié)點區(qū)的整體剛度和承載力，其節(jié)點構(gòu)造如圖1-5所示[4]。此種節(jié)點的整體剛度較大，但鋼材用量較大，管內(nèi)施焊不便，也影響核心混凝土澆筑振搗，且存在因鋼管管壁局部破壞而降低整體承載力的風險。圖1-5十字板節(jié)點型鋼混凝土節(jié)點根據(jù)梁柱形式不同，型鋼混凝土節(jié)點主要可以分為以下幾種類型：型鋼混凝土梁—型鋼混凝土柱、鋼筋混凝土梁—型鋼混凝土柱、鋼梁—型鋼混凝土柱[7-9]。型鋼在節(jié)點區(qū)域的連接形式，通常分為兩類：梁型鋼貫穿和柱型鋼貫穿。假設(shè)節(jié)點區(qū)要求貫穿柱內(nèi)型鋼，那么要求梁內(nèi)型鋼應(yīng)該在柱型鋼兩側(cè)斷開，通過焊接或螺栓與柱型鋼連接。同時，節(jié)點核心區(qū)的柱型鋼翼緣之間，分別增設(shè)加勁助，與梁型鋼上下翼緣平齊，以保證梁型鋼內(nèi)力可以傳遞到節(jié)點域。假設(shè)節(jié)點區(qū)要求梁內(nèi)型鋼貫穿，那么柱型鋼在梁的上下翼緣處斷開，通過焊接或螺栓與梁型鋼連接，同時在梁的翼緣間增設(shè)加勁助[8]。對于上述1、3兩種梁柱節(jié)點連接，其型鋼局部的連接構(gòu)造形式應(yīng)能保證梁端型鋼局部應(yīng)力可靠的傳遞到柱型鋼。另一方面，節(jié)點局部型鋼和鋼筋縱橫交錯，混凝土澆灌十分困難。因此型鋼的連接形式要注意易于澆注混凝土，保證節(jié)點區(qū)混凝土的密實性。柱中型鋼和主筋的布置應(yīng)為梁中主筋穿過留出通道，梁中主筋不應(yīng)穿過柱型鋼翼緣，也不得與柱型鋼直接焊接，型鋼腹板局部設(shè)置鋼筋貫穿孔時截面缺損率不應(yīng)超過腹板面積20%[9]。型鋼混凝土梁一型鋼混凝土柱的節(jié)點根據(jù)不同的配鋼形式，可分為兩類：實腹式型鋼節(jié)點和空腹〔格構(gòu)〕式型鋼節(jié)點，如圖1.1、1.2所示。軋制H型鋼、十字型鋼、矩形及圓形鋼管、雙槽鋼，或采用鋼板、角鋼及槽鋼拼制焊接而成的型鋼等多用于實腹式型鋼中?？崭故胶透駱?gòu)式型鋼是分別針對梁和柱子而言的，一般由角鋼或槽鋼通過綴條或綴板焊接而成[8]。實腹式型鋼節(jié)點(b)空腹式型鋼節(jié)點圖1-6型鋼混凝土節(jié)點對于鋼筋混凝土梁一型鋼混凝土柱連接的節(jié)點，可采用兩種連接形式[9]：(1)在與型鋼混凝土柱連接的梁端，設(shè)置一段鋼梁與梁主筋搭接；(2)是梁內(nèi)主筋穿過型鋼混凝土柱連續(xù)配置，局部主筋可在柱兩端截斷，如圖1-7所示。圖1-7鋼筋混凝土梁及型鋼混凝土梁一型鋼混凝土柱節(jié)點連接4、鋼－混凝土組合梁與鋼柱連接節(jié)點鋼－混凝土組合梁與鋼柱連接的組合節(jié)點的典型構(gòu)造如圖1-8所示。端板連接通過高強螺栓來傳遞梁端彎矩和剪力，接觸板節(jié)點那么通過焊接于鋼柱上的牛腿來傳遞梁端剪力。端板節(jié)點(b)接觸版節(jié)點圖1-8鋼—混凝土組合梁與鋼柱連接的組合節(jié)點5、組合構(gòu)件與組合構(gòu)件連接的組合節(jié)點組合節(jié)點中構(gòu)造措施最為復(fù)雜的就是豎向組合構(gòu)件與橫向組合構(gòu)件連接組成的節(jié)點。豎向組合構(gòu)件包括鋼管混凝土柱、型鋼混凝土柱，橫向組合構(gòu)件包括鋼－混凝土組合梁、型鋼混凝土梁等。由于組合構(gòu)件中鋼與混凝土之間存在相互作用，因此在其與鋼構(gòu)件或混凝土構(gòu)件連接組成節(jié)點時，構(gòu)造會比擬復(fù)雜。而在豎向組合構(gòu)件與橫向組合構(gòu)件連接組成的節(jié)點中，豎向與橫向組合構(gòu)件的組合作用都需要采取措施加以保證。2組合節(jié)點研究現(xiàn)狀2.1國外研究現(xiàn)狀1894年，組合結(jié)構(gòu)的雛形最早出現(xiàn)于美國，當時出于防火的需要在鋼梁外面包混凝土，但并未考慮混凝土與鋼的共同受力[10]。20世紀20年代初期，組合結(jié)構(gòu)體系在美國、日本獲得廣泛應(yīng)用并開展。其中，組合節(jié)點平安可靠是保證組合結(jié)構(gòu)體系正常工作的前提，故有關(guān)學(xué)者逐漸認識到組合節(jié)點研究的重要意義，并開始對其展開相關(guān)理論與試驗研究。在型鋼混凝土組合節(jié)點性能研究方面，美國德克薩斯州立大學(xué)最早取得了實質(zhì)性進展，Sheikh和Deierlein等對型鋼混凝土內(nèi)部節(jié)點分別進行了單調(diào)加載和循環(huán)加載試驗，以確定這種節(jié)點的強度和剛度，并提出了節(jié)點的設(shè)計模型，在己有設(shè)計標準的根底上提出內(nèi)部節(jié)點的構(gòu)造和名義強度的計算公式[11]。但由于這些成果僅研究節(jié)點的強度，并未深入研究節(jié)點在循環(huán)荷載作用下的非彈性性能，因此這些節(jié)點構(gòu)造僅限用于中、低等設(shè)防烈度地區(qū)。與美國學(xué)者不同，日本學(xué)者主要研究多用于底層建筑中的“柱貫穿式”節(jié)點。1967年，橫尾義貫進行了型鋼混凝土梁柱中節(jié)點斜對稱單調(diào)加載試驗，主要考慮了型鋼腹板厚度和節(jié)點混凝土厚度等參數(shù)對節(jié)點抗剪強度的影響；1987年，假設(shè)林實進行了型鋼混凝土梁柱節(jié)點的柱端反復(fù)加載試驗,其破壞形態(tài)均為剪切破壞；Nishiyama等考慮了混凝土板作用，對4個三維中節(jié)點進行雙向受力試驗，研究結(jié)果說明，在雙向受力條件下，空間節(jié)點的強度和受力性能和平面節(jié)點相差不大[12]；2004年，豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)完成3個“柱貫穿式”梁柱節(jié)點試驗，以研究節(jié)點傳力機理[13]。20世紀80年代初期，美國率先提出了鋼梁-鋼筋混凝土柱〔RCS〕組合框架結(jié)構(gòu)，并對其進行了研究，提出了“梁貫穿”式RCS組合框架節(jié)點，而后日本提出了“柱貫穿”式RCS組合框架結(jié)構(gòu)節(jié)點。在隨后的幾十年中，美國德克薩斯州立大學(xué)、密執(zhí)安大學(xué)，日本的千葉大學(xué)、大阪技術(shù)學(xué)院、日本建筑協(xié)會等有關(guān)人員相繼對RCS組合節(jié)點進行了試驗研究，主要研究了節(jié)點構(gòu)造、節(jié)點抗彎和抗剪承載力、傳力機理以及在單調(diào)荷載和反復(fù)荷載作用下節(jié)點破壞模式及構(gòu)件破壞模式等方面的內(nèi)容[14-18]。2000年，Parra等對9個3/4比例的外部節(jié)點在循環(huán)荷載作用下進行了試驗研究，研究結(jié)果說明：外部節(jié)點同樣適用于抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，且所有節(jié)點在位移較大的情況下剛度無明顯削弱[19]。2002年，美國和我國臺灣共同進行了一個3層3跨足尺平面RCS框架擬動力和擬靜力試驗，證明了RCS組合框架用于高設(shè)防烈度地區(qū)的可行性，并驗證已有的RCS結(jié)構(gòu)標準條文，同時為非線性模擬提供試驗數(shù)據(jù)[20]。Noguchi等對兩榀1/3比例的兩層兩跨RCS縮尺框架進行了非線性分析，模擬了梁柱構(gòu)件的破壞過程，并與試驗結(jié)果吻合較好[21]。2013年，S.Alizadeh等根據(jù)強柱弱梁原那么設(shè)計了兩種RCS組合節(jié)點，對其進行低周反復(fù)加載的擬靜力試驗，分析了兩種節(jié)點承載力及荷載—位移曲線，并建立有限元計算模型，計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好[22]。鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最早可追溯到20世90年代，日本率先開展了方鋼管混凝土柱與鋼梁節(jié)點的受力性能和連接構(gòu)造研究[23]，并與美國合作，以各種組合結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點等的承載能力和抗震性能為主要研究對象，取得了豐碩的研究成果[24]。在1994年美國Northridge和1995年日本阪神地震后，各國開始對鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的連接方式進行了大量的研究，并定期在國際范圍內(nèi)進行專題研討，為各國工程應(yīng)用和制定相關(guān)標準提供試驗依據(jù)[25]。1997年，日本學(xué)者Fukumoto和Sawamoto對方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的力學(xué)性能進行了試驗研究，研究結(jié)果說明：材料力學(xué)性能、柱寬厚比對此類節(jié)點的變形能力影響較小[26]。2000年，日本學(xué)者Fujimoto研究了柱壁帶加勁肋的鋼管混凝土梁柱節(jié)點，研究結(jié)果說明：節(jié)點的試驗結(jié)果、理論分析結(jié)果與日本設(shè)計規(guī)程AIJ-SRC〔1987〕的計算結(jié)果吻合良好[27]。2001年，Chiew以8個鋼管混凝土梁柱節(jié)點的試驗研究為根底，考察構(gòu)造對節(jié)點力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果說明：采用鋼筋貫穿的構(gòu)造措施可以把大局部的剪力直接傳遞給核心混凝土[28]。2004年，Shin運用有限元軟件ABAQUS對帶肋的方鋼管混凝土柱-H型鋼梁節(jié)點進行了分析，通過低周往復(fù)荷載全過程有限元分析得到了節(jié)點的滯回性能[29]。2006年，Choi以4種節(jié)點的試驗研究為根底，研究了方鋼管混凝土柱-鋼梁邊柱節(jié)點的抗震性能，結(jié)果說明:該節(jié)點可以提高節(jié)點的極限承載力和初始剛度[30]。2010年，Choi對柱貫穿式方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點在往復(fù)循環(huán)荷載作用下的抗震性能進行研究，結(jié)果說明此類節(jié)點僅可用于抗震設(shè)防烈度較低的地區(qū)[31]。2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀與美國、日本相比，我國對組合結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用起步較晚。自20世紀50年代起，組合結(jié)構(gòu)開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用建筑及多種橋梁結(jié)構(gòu)中，到20世紀80年代，高層建筑在我國迅速開展，建筑形式和建筑功能越來越趨向于多樣化，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)無法滿足高層建筑設(shè)計和使用要求，于是鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)形式得到了大力推廣[2,32]。與此同時，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者開始對組合結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、節(jié)點展開試驗研究，因節(jié)點在組合結(jié)構(gòu)的傳力過程起到至關(guān)重要的作用，且節(jié)點破壞往往是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的重要原因之一，故節(jié)點性能研究具有重要的實用意義與工程價值。清華大學(xué)聶建國及其團隊于2006年完成了24個方鋼管混凝土柱節(jié)點試件的低周反復(fù)荷載試驗研究，得到有關(guān)方鋼管混凝土柱—組合梁與方鋼管混凝土柱—鋼梁連接的內(nèi)隔板式節(jié)點、外隔板式節(jié)點、栓釘內(nèi)錨固式節(jié)點、內(nèi)隔板貫穿式節(jié)點抗震性能的系列成果，并在試驗和有限元分析的根底上，提出了節(jié)點的受彎、受剪承載力設(shè)計方法及構(gòu)造措施，建立了節(jié)點剪力—剪切變形滯回曲線和梁端荷載—位移滯回曲線及恢復(fù)力模型[33-34]。2010年，聶建國、樊健生等以6個空間組合節(jié)點為對象，研究了雙向加載、混凝土板、加載路徑、核心混凝土及節(jié)點位置等因素對空間組合節(jié)點抗震性能的影響[35-38]。2010年，樊健生、陶慕軒等分別以鋼骨混凝土柱—鋼桁梁組合節(jié)點和鋼管混凝土疊合柱—鋼筋混凝土梁外加強環(huán)節(jié)點為研究對象，對這兩種節(jié)點的強度、剛度、延性、耗能能力和變形性能進行綜合評估分析，證明這兩種節(jié)點抗震性能優(yōu)越[39-40]。中南大學(xué)周凌宇及其團隊自2011年對組合桁架節(jié)點展開了大量理論與試驗研究。肖金敏等通過對三個鋼—混凝土組合桁架節(jié)點進行單調(diào)靜力加載，了解了該節(jié)點的工作機理、破壞模式，并確定該節(jié)點的極限承載力[41-42]。賀桂超、張花等對外接式節(jié)點和耳板式節(jié)點的變形性能、整體剛度、破壞模式以及極限承載力進行了研究分析，深入了解兩種節(jié)點類型的變形、傳力機理，推導(dǎo)了兩種節(jié)點的整體初始平動剛度、轉(zhuǎn)動剛度的計算公式，并利用有限元軟件ABAQUS建立了有限元計算模型，計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好[43-47]。賀桂超等通過對鋼—混凝土組合桁架端節(jié)點模型在單調(diào)靜力荷載下水平加載，分析了鋼—混凝土結(jié)合部的受力性能，與有限元計算結(jié)果相差不大[48]。湖南大學(xué)何益斌及其團隊在鋼管混凝土組合節(jié)點、型鋼混凝土組合節(jié)點等方面進行了大量研究，陳勇、陳峰等分別以型鋼混凝土梁柱節(jié)點、方鋼管—鋼骨混凝土梁柱節(jié)點、鋼骨—方鋼管混凝土柱—鋼梁端板螺栓連接節(jié)點、十字形方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點和十字形中空夾層鋼管混凝土柱與鋼—混凝土梁組合節(jié)點為研究對象，得到了這幾類節(jié)點在低周反復(fù)荷載作用下的破壞特征、滯回曲線、骨架曲線、抗剪性能、強度及剛度退化曲線等力學(xué)性能，深入了解了這幾類組合節(jié)點的抗震受力性能與破壞機理，并將試驗結(jié)果與有限元計算結(jié)果進行比照，兩項結(jié)果吻合良好[49-53]。肖巖等對實際工程轉(zhuǎn)換層中兩種比擬典型的型鋼混凝上轉(zhuǎn)換節(jié)點進行擬靜力試驗，分析了該節(jié)點的破壞形態(tài)、承載能力、剛度、滯問特性等受力性能，試驗結(jié)果說明，轉(zhuǎn)換節(jié)點具有較好的力學(xué)性能和抗震性能[54-55]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)張素梅等于2001年對4個外加強環(huán)式圓鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點進行了動力性能試驗研究，試驗結(jié)果說明：按照“強柱弱梁、節(jié)點更強”原那么設(shè)計的節(jié)點滯回曲線非常飽滿，耗能能力很強，且節(jié)點的破壞發(fā)生在梁端，軸壓比對滯回曲線形狀根本沒有影響；而按照“強柱、較強梁、弱核心”原那么設(shè)計的節(jié)點試件荷載位移曲線呈梭形，破壞形態(tài)為節(jié)點域破壞，一定范圍內(nèi)軸力對節(jié)點的抗震性能有利[56-58]。張素梅、高山等建立了剛性組合節(jié)點和平齊式端板連接版剛性組合節(jié)點的有限元模型，分析了配筋率、鋼筋屈服強度等參數(shù)對抗彎性能的影響，并利用組件法推導(dǎo)了平齊式端板連接組合節(jié)點的抗拉承載力公式[59]。王力、閆世杰等對鋼—混凝土組合梁鋼框架節(jié)點進行單調(diào)加載與循環(huán)加載的彈塑性分析，考察了節(jié)點位置、組合作用對節(jié)點抗震性能的影響[60]。查曉雄、于航等分別對三種鋼筋混凝土梁—鋼管混凝土柱節(jié)點進行抗震性能試驗，比擬了焊接節(jié)點、搭接節(jié)點以及新型鋼筋套筒連接節(jié)點的抗震性能，提出了柱端加載方式更加符合節(jié)點在地震過程中的受力特性這一理論[61]。西安建筑科技大學(xué)趙鴻鐵、鄭山鎖等主要針對型鋼混凝土組合節(jié)點的抗震性能展開了大量試驗研究。2009年，趙鴻鐵等較為系統(tǒng)地研究了型鋼混凝土異形柱框架節(jié)點在低周反復(fù)荷載作用下的破壞機理及破壞形態(tài)，并提出了型鋼混凝土異形柱框架節(jié)點的恢復(fù)力模型[62]。鄭山鎖等以型鋼高強高性能混凝土框架節(jié)點為研究對象，分析了構(gòu)件在壓、彎、剪共同作用下的破壞過程和破壞機理，探討了混凝土強度和軸壓比對節(jié)點受力性能的影響，提出了型鋼高強高性能混凝土框架節(jié)點在低周反復(fù)荷載作用下的裂縫模式以及基于變形和累計耗能非線性組合的地震損傷模型，并建立了型鋼高強高性能混凝土框架節(jié)點抗裂、抗剪能力計算公式[63-65]。郭智峰等研究了6種不同構(gòu)造形式的RCS組合節(jié)點的受力性能和破壞模式[66]。薛建陽等以型鋼再生混凝土框架中節(jié)點為研究對象，分析了其承載能力，強度退化等力學(xué)性能，結(jié)果說明隨著再生粗骨料取代率的增加，型鋼再生混凝土框架中節(jié)點的抗剪承載力和耗能能力有所降低，延性減小，但抗震性能降低不大[67]。大連理工大學(xué)賈金青等通過低周反復(fù)荷載作用下型鋼超強混凝土柱—鋼筋混凝土梁節(jié)點的試驗，研究了其受力性能與破壞機理，得到了節(jié)點的滯回曲線和骨架曲線，建立了節(jié)點核心區(qū)的抗裂承載力計算公式[68]。賈金青、朱偉慶等為研究型鋼超高強混凝土(SRHC)框架中節(jié)點的抗剪承載力，對12榀SRHC框架中節(jié)點試件進行低周反復(fù)加載試驗，得到了影響節(jié)點抗剪承載力的主要因素，提出了型鋼高強混凝土框架節(jié)點的抗剪承載力計算模型，并驗證了此計算模型用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中的準確性[69]。廣西大學(xué)鄧志恒等為研究桁架式鋼骨混凝土框架梁—鋼筋混凝土柱連接節(jié)點的抗震性能，制作了12個考慮鋼骨含量、腹桿截面面積及軸壓比三個變化參數(shù)的節(jié)點試件，對其進行低周反復(fù)荷載試驗，試驗結(jié)果說明此類節(jié)點延性和耗能能力較好，可以有效傳遞彎矩和剪力，并在試驗根底之上建立了恢復(fù)力模型[70-71]。燕柳斌等對12個型鋼混凝土L形柱空間角節(jié)點進行低周反復(fù)加載試驗，考慮了柱截面配鋼形式、加載角度、軸壓比和梁截面形式4種變化參數(shù)，試驗研究結(jié)果揭示了型鋼混凝土L形柱空間角節(jié)點破壞形態(tài)是以節(jié)點核心區(qū)剪切斜壓破壞為主，彎曲扭轉(zhuǎn)伴隨粘結(jié)破壞為輔，強柱弱梁試件發(fā)生梁端彎曲破壞[72]。武漢理工大學(xué)戴紹斌及團隊針對T形鋼管混凝土組合柱—鋼梁連接節(jié)點進行抗震性能研究，設(shè)計制作了3類組合節(jié)點試件〔外伸端板連接節(jié)點、頂?shù)捉卿撨B接節(jié)點、雙腹板頂角角鋼連接節(jié)點〕進行擬靜力試驗，研究不同規(guī)格高強螺栓或不同厚度鋼板的節(jié)點滯回性能、強度退化等性能，分析節(jié)點破壞特征與破壞機理，比照三類試件極限抗彎抗剪承載力、延性及變形能力等指標，分析了影響這些指標的主要因素，并對各試件節(jié)點域的受理情況進行計算分析，提出了節(jié)點的設(shè)計建議及改良措施，用于指導(dǎo)工程實踐[73-74]。戴紹斌、李云濤等對混凝土—鋼梁組合框架結(jié)構(gòu)節(jié)點在單調(diào)加載條件下的受力狀況進行了三維有限元分析，研究了節(jié)點試件核芯區(qū)鋼梁翼緣及節(jié)點加勁肋的應(yīng)力分布，并分析了組合節(jié)點的傳力機制及試件節(jié)點核芯區(qū)內(nèi)混凝土的受力情況[75]。合肥工業(yè)大學(xué)王靜峰等于2013年進行了足尺冷彎薄壁鋼管混凝土柱與鋼—混凝土組合梁單邊螺栓端板連接節(jié)點試件的循環(huán)往復(fù)荷載試驗，試驗結(jié)果說明此類組合節(jié)點為半剛性連接節(jié)點，延性和耗能性能較好，可應(yīng)用于多層組合框架結(jié)構(gòu)中[76]。2014年，王靜峰、龔旭東等基于節(jié)點于節(jié)點失效模式，分別提出鋼筋抗拉承載力、螺栓抗拉承載力、連接抗壓承載力等組件承載力的簡化計算方法，并利用組件法，確定組合節(jié)點受彎中和軸位置，分別提出了平齊端板連接和外伸端板連接鋼管混凝土組合節(jié)點在負彎矩作用下的承載力計算公式，研究成果可為建立半剛性鋼管混凝土組合框架設(shè)計理論提供科學(xué)依據(jù)[77]。隨后，王靜峰、谷加攀等以2榀足尺鋼管混凝土柱—組合梁單邊螺栓端板連接組合節(jié)點為研究對象，進行擬動力試驗，以Ispara地震波作為模擬地震擬動力試驗的鼓勵輸入，對地震作用下組合節(jié)點的荷載—位移關(guān)系滯回曲線、位移時程反映曲線等進行了深入系統(tǒng)地分析，比擬了平齊端板連接和外伸端板連接對組合節(jié)點抗震性能的影響，研究結(jié)果說明此類節(jié)點可在高層組合框架中推廣和應(yīng)用[78]。3現(xiàn)有研究的缺乏之處綜上所述，作者對型鋼混凝土組合節(jié)點、鋼管混凝土組合節(jié)點、組合框架節(jié)點性能的研究現(xiàn)狀進行了總結(jié)和分析，也對其受力性能、抗震性能等方面的主要研究成果進行了歸納和闡述。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對組合節(jié)點的研究已取得很大進展，然而結(jié)合實際工程需求，仍然存在以下缺乏：試驗研究較零散，缺乏系統(tǒng)性目前關(guān)于組合結(jié)構(gòu)節(jié)點的試驗研究主要是針對具體工程進行的驗證性試驗研究，僅單一考察該工程工程中已使用節(jié)點的受力特性，缺乏連貫性和系統(tǒng)性。且已有試驗研究多集中于組合節(jié)點在單調(diào)靜力加載或低周反復(fù)荷載作用下的擬靜力試驗，主要研究組合節(jié)點在這兩種荷載作用下延性性能、耗能能力、滯回曲線、骨架曲線、強度及剛度退化曲線等力學(xué)性能，對組合節(jié)點設(shè)計方法的研究還不夠深入，缺乏全面考慮結(jié)構(gòu)受力、施工、維護等因素共同作用下節(jié)點的設(shè)計構(gòu)造方法。對組合節(jié)點靜力性能研究較少組合節(jié)點是組合結(jié)構(gòu)的傳力樞紐，在靜、動力荷載作用下容易發(fā)生破壞，且節(jié)點破壞往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。而從現(xiàn)有研究成果可以看出，關(guān)于組合節(jié)點的研究主要集中在其抗震性能方面，缺乏節(jié)點在正常工作狀態(tài)下受力性能的研究，使得工程師們不能充分掌握和了解組合節(jié)點在各種荷載作用下的傳力機制和破壞機理，對組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工、監(jiān)控、養(yǎng)護各個階段都是十分不利的。(3)對于組合節(jié)點數(shù)值模擬技術(shù)的研究存在缺乏已有成果多集中在組合節(jié)點的試驗研究方面，在組合節(jié)點的數(shù)值模擬技術(shù)方面存在欠缺，主要問題表現(xiàn)為以下三點：對存在約束條件的混凝土和鋼材兩種材料的本構(gòu)關(guān)系和破壞準那么方面的研究有待深入；對組合節(jié)點復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的模擬有待思考；同時對鋼材與混凝土接觸界面的粘結(jié)滑移機理有待進一步探索。(4)尚未形成一套較為完整、成熟的計算理論和設(shè)計方法目前，各種類型的組合節(jié)點尚未形成一套較為完整、成熟的計算理論和設(shè)計方法，往往只能根據(jù)經(jīng)驗和普通混凝土、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的計算理論進行截面或配筋設(shè)計。因此，這種設(shè)計方法對組合結(jié)構(gòu)而言往往是不夠經(jīng)濟的，容易造成材料的浪費，有時也會存在一定的平安隱患。參考文獻[1]聶建國,陶慕軒,黃遠,田淑明,陳戈.鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系研究新進展[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報.2010,31(6):71-80.[2]徐剛,姚勇,褚云鵬.新型鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究[J].建筑結(jié)構(gòu).2014,44:279-281.[3]郭智峰,門進杰,史慶軒,王秋維,李坤.鋼筋混凝土柱—鋼梁組合節(jié)點力學(xué)性能初探[J].土木工程學(xué)報,2013,46:101-105.[4]于航.鋼管混凝土節(jié)點抗震與框架抗連續(xù)性倒塌性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.[5]王磊.內(nèi)加強環(huán)式鋼管混凝土節(jié)點內(nèi)環(huán)焊縫研究及節(jié)點改良[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.[6]劉飛鵬.新型方鋼管混凝土柱—鋼梁錨定式剛接節(jié)點的承載力性能研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2005.[7]梁威.型鋼混凝土梁柱節(jié)點構(gòu)造方法的試驗研究[D].上海：同濟大學(xué)，2007[8]劉濤.型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點的抗震性能試驗研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2012.[9]陳勇.型鋼混凝土梁柱節(jié)點低周反復(fù)荷載下的抗震性能試驗及理論研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2004.[10]聶建國,樊健生.廣義組合結(jié)構(gòu)及其開展展望[J].建筑結(jié)構(gòu)學(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