钢筋混凝土框架结构地震灾害分析

钢筋混凝土构件的抗震设计地震是一种自然灾害，给人们的生活和财产安全带来了巨大的威胁。

在地震频繁的地区，建筑物的抗震性能尤为重要。

而钢筋混凝土结构，作为一种常用的建筑材料，其抗震设计对于确保建筑物的安全具有重要意义。

一、纵向抗震设计在钢筋混凝土结构的抗震设计中，纵向抗震设计是必不可少的一部分。

其目的是通过合理设置竖向钢筋和钢筋混凝土材料的质量来增强结构的刚度和延性。

在地震发生时，通过增加结构的刚度和延性可以有效减少结构的位移和应力，从而减小地震的破坏程度。

纵向抗震设计的重点是确定合适的钢筋直径和间距，并遵守规范中的要求。

在设计过程中，需要考虑到结构的荷载和地震力，并根据地震烈度和设计级别进行合理的布置，以确保结构在地震中能够有足够的承载能力和变形能力。

二、横向抗震设计除了纵向抗震设计外，横向抗震设计也是钢筋混凝土结构抗震设计中的重要部分。

横向抗震设计的目的是通过增加结构的刚度和强度来抵抗地震力的作用。

常见的横向抗震设计方法包括设置剪力墙、剪力框架和剪力楼板等。

剪力墙是一种竖向设置的墙体结构，其作用是通过承担水平剪力来减小地震力对结构产生的影响。

剪力墙的设计需要考虑到结构的高度、布局和开孔等因素，并按照规范的要求确定墙体的尺寸和钢筋配筋。

剪力框架是由钢筋混凝土梁柱组成的一种结构形式，其特点是刚度大、延性好。

在剪力框架的设计中，需要合理确定梁柱的尺寸和钢筋配筋，以满足结构的抗震要求。

剪力楼板是一种水平设置的楼板结构，其作用是通过承担水平剪力来增强结构的抗震性能。

在剪力楼板的设计中，需要考虑到楼板的厚度、间距和钢筋配筋等因素，并按照规范要求进行布置。

三、墙柱结构设计在钢筋混凝土结构的抗震设计中，墙柱结构的设计也非常重要。

墙柱结构是指通过设置钢筋混凝土墙体和柱子来增加结构的强度和刚度，从而提高结构的抗震性能。

在墙柱结构的设计中，需要合理确定墙柱的尺寸和钢筋配筋，并考虑到结构的布局和开孔等因素。

同时，还需要根据地震烈度和设计级别进行合理的布置，以确保结构的稳定性和安全性。

钢筋混凝土框架结构中填充墙震害分析摘要：通过对带填充墙框架结构的震害分析，结合规范规定以及地震作用下填充墙对框架结构的破坏情况，本文提出了自己的看法和建议，希望对相关工作人员有一定的借鉴意义。

关键词：钢筋混泥土框架填充墙震害分析1. 概述钢筋混凝土框架结构作为一种结构形式广泛应用于民用及工业建筑中，地震灾害表明，地震作用下填充墙对框架结构的影响是不能忽视的，这种影响在地震各阶段的表现是不同的。

根据对历次震害的总结和分析，《建筑抗震设计规范》（gb50011-2010）加强了关于填充墙的构造措施以达到减轻填充墙的震害损失，但是对于填充墙对框架结构的影响，由于缺乏足够的资料，未对此进行明确的规定，仍采取基本周期折减系数法统一考虑其影响。

本文认为，采取基本周期折减系数法有可能导致某些结构构件实际地震破坏模式与计算破坏模式不符从而给结构带来安全隐患。

通过分析，作者希望能够引起结构工作者的重视，并给予借鉴。

2. 震害分析2.1 填充墙在地震作用下的破坏震害统计表明，地震作用下，框架结构中填充墙的震害主要表现为墙面出现单斜裂缝、交叉裂缝、与框架梁之间出现水平裂缝或者发生平面外倒塌。

同时由于框架结构在水平荷载作用下变形为剪切型，因此框架下部填充墙破坏大于框架上部。

2.2 地震作用下填充墙对框架结构的影响研究表明，填充墙框架的承载能力略大于填充墙和框架单独工作时承载能力之和，填充墙框架结构在地震作用下框架对墙体有约束作用，同时墙体对框架也有一定的支撑。

这种支撑作用增大了结构早期刚度。

并且，填充墙增强了框架的耗能能力和变形能力，减少了结构倒塌的可能性【1】。

从这一方面考虑，填充墙对于框架结构的抗震是有利的。

李英民【2】等人通过对按规范设计的框架结构算例进行了弹性、静力弹塑性和非线性动力分析并得出结论：1）填充墙对结构刚度贡献在多数情况下不容忽略；2）填充墙改变了结构构件的约束条件、结构刚度分布。

填充墙竖向刚度分布的不均匀可能导致薄弱层的发生,平面刚度分布的不对称则可能加剧结构扭转效应;沿高度和平面均匀分布的填充墙对结构抗震性能总体上是有利的;3)非均匀分布填充墙甚至可能改变结构的破坏模式和薄弱部位 ,使设计预期的破坏模式不能实现;4)改变了所连接竖向抗侧力构件的约束条件 ,使构件的非线性性能发生变化；5)有可能改变框架柱的受力模式 ,使上下柱端承受明显的附加剪力,且增大柱的轴力汶川地震中，由于填充墙造成的结构破坏也论证了填充墙对结构的不利影响【3】【4】【5】：窗下填充墙布置不当，造成框架柱成为短柱并出现脆性破坏；2）填充墙对框架柱产生附加斜向压力，造成框架柱剪切破坏；3）填充墙对框架梁底部产生向上的压力造成框架梁发生弯剪破坏；3. 抗震规范关于填充墙的有关规定抗震规范中关于填充墙等非承重构件的规定主要包括构造措施和计算方法两个方面。

钢筋混凝土框架结构的抗震特性地震是自然界最具破坏性的灾害之一，不仅会导致财产损失和生命危险，而且会对城市基础设施造成巨大破坏，给整个社会和民众带来极大困扰。

钢筋混凝土框架结构是一种常用的建筑结构，约占当今建筑市场的60%。

与其他结构相比，钢筋混凝土框架结构具有高强度、高刚度、成本低廉等优点，因此被广泛采用。

本文将深入探讨钢筋混凝土框架结构的抗震特性，以及如何提高其抗震能力。

一、1. 基本结构钢筋混凝土框架结构由纵向钢筋、梁、柱、地基和跨越支撑等组成。

很多地震研究表明，地震力主要是由惯性力引起的。

在地震力作用下，建筑物都会发生变形，因为只有在变形情况下，建筑物才能吸收并消耗地震能量，从而减少结构损坏和崩溃的风险。

这就是钢筋混凝土框架结构的一个显著优点，对于水平地震波的激振有很强的承载力。

2. 结构的抗震性钢筋混凝土框架结构的抗震性能主要取决于结构本身的抗震设计和材料的质量。

在设计过程中，需要考虑结构的紧凑性、平面和空间的可靠性、结构和及其节点的刚度等因素。

在钢筋混凝土框架结构中，梁和柱是结构的基本构件。

它们的设计强度和刚度是评估结构抗震特性的关键。

在计算梁和柱的强度时，需要根据各自的受力情况来确定抗震标准。

需要注意的是，柱的强度应与梁的强度相匹配，这样才能在地震中起到更好的作用。

3. 整体变形钢筋混凝土框架结构的整体变形特性影响着结构在地震中的作用。

在地震中，建筑物变形的大小和方式都与地震波的能量有关。

钢筋混凝土框架结构变形后的刚度将随之增加，建筑物的阻力也会随之增加，最终阻止结构的整体崩溃。

但是，建筑物不应受到过大的变形，过大的变形会导致建筑物的破坏，这也是钢筋混凝土框架结构设计中应该考虑的重要因素。

二、如何提高钢筋混凝土框架结构的抗震能力1. 骨架抗力的提高骨架抗力是钢筋混凝土框架结构的关键因素，它反映了结构在受到外力作用时承受力的大小。

通过改进结构系统，合理设计结构布局、截面和节点等，可以加强结构的骨架抗力。

钢筋混凝土框架结构的概率地震易损性与风险分析共3篇钢筋混凝土框架结构的概率地震易损性与风险分析1钢筋混凝土框架结构是现代建筑领域中经常使用的一种结构形式，具有较强的承载能力和稳定性。

然而，在面对地震等自然灾害时，这种结构也存在着一定的易损性和风险。

地震是影响钢筋混凝土框架结构的重要因素之一，其易损性主要表现在两个方面。

首先是框架结构自身的设计问题。

如果设计不合理，如未考虑地震荷载、支撑剪切强度不足等问题，就难以保证其在地震中不发生破坏。

其次是地理位置的影响。

地震是不可预测的，如果钢筋混凝土框架结构建造在容易发生地震的区域，那么就很容易受到地震的影响，从而导致损坏或坍塌。

除了地震，风也是影响钢筋混凝土框架结构的因素之一。

在气候条件较差的地区，如发生飓风、龙卷风等恶劣天气，就很容易对结构产生影响，导致其损坏甚至坍塌。

为了更好地评估钢筋混凝土框架结构的易损性和风险，需要进行各种分析和评估。

降低地震风险的方法可以从建筑结构设计、材料及施工过程等方面入手。

在地震的严重情况下，建筑物结构的抵抗能力尤为重要，因此应注重框架结构的强度和抗震能力的提高。

在风力方面，需要加强建筑物的抗风能力，在设计中加入能够抵抗风力的结构组件，以提高建筑物的稳定性和耐受能力。

除了在建筑设计及施工中要注意以上问题，科学合理的防灾预防系统也是降低钢筋混凝土框架结构风险的有效手段。

建筑物防灾预防系统可以包括地震应急预案、人员救援预案、灾后重建预案等，旨在提高建筑物的抗灾能力以及灾后应急处理的效率。

总之，钢筋混凝土框架结构的易损性和风险并非不可逆转，通过合理科学的施工和防灾预防系统建设，可以有效地降低其易损性和风险。

国家和建筑界的相关部门需要加强对该领域的监管和规范，使钢筋混凝土框架结构在未来的使用中更加安全可靠，为人民生命和财产安全提供更好的保障钢筋混凝土框架结构具有广泛的应用，但其易受地震、风等自然灾害的影响。

通过建筑结构设计、材料及施工过程等方面的优化以及科学合理的防灾预防系统建设，可以有效降低其易损性和风险。

汶川地震建筑物破坏原因分析汶川地震建筑物破坏原因分析以及加固技术综述摘要：2008年5月12日下午14时28分，我国四川汶川发生7.8级特大地震，我国多个省份都有震感，这是建国以来，发生在我国境内的震级最大的一次地震！其对建筑物的破坏程度也是相当之大的，如果对建筑物地震破坏的原因进行了分析，就可以针对建筑物地震破坏的原因，探寻提高建筑物的抗震性能的手段和方法，指导抗震救灾和灾后重建工作，指导对建筑物的抗震设计和指导对施工质量进行控制等。

关键词：汶川地震建筑物破坏原因抗震设防加固技术5.12汶川发生地震后，建筑物都受到了不同程度的破坏，但整体来讲破坏还是很严重的。

由于个人各种条件限制，并没有能够对地震灾区后破坏的建筑物和未破坏的建筑物或者是破坏较轻的建筑物进行调查，但是通过查阅一些资料还是可以从中找出地震造成建筑物破坏的原因和规律的。

1.下面就5.12汶川地震造成建筑物破坏的原因进行简要的分析：1.1 建筑物所在地区的地震烈度成建筑物破坏的主要原因[1]地震烈度越高，对建筑物破坏的程度越大。

比如5.12汶川地震的震中映秀镇的地震烈度达到11度，而汶川县城的地震烈度为9度左右，因此映秀镇的建筑物破坏就比汶川县城的建筑物破坏更为严重。

5.12汶川地震之所以造成地震重灾区建筑物极其严重的破坏，主要是由于这次地震的烈度远远超过了当地的抗震设防烈度。

我国长期以来经济欠发达，属于发展中国家，目前我国对建筑物的抗震设防原则是小震不坏、中震可修、大震不倒。

一般情况下，大于、等于7级的地震（约为9度左右）为大地震，大于、等于8级的地震即为巨大地震。

每次地震只有一个震级，在震中的地方用震级表示，地震向四周扩散影响到的地方就用地震烈度表示。

每次地震的震中地震烈度最高，从震中向四周扩散，地震烈度逐渐减小。

5.12汶川地震的震级为8级，属于巨大地震，所以大部分地震重灾区的地震烈度都达到了9度以上。

一般超过9度的地震或者地震烈度超过设防烈度两度以上时就可以造成房屋大量倒塌。

第1篇一、实验目的本实验旨在模拟地震条件下建筑物的破坏情况，分析不同结构类型、材料性能和基础条件对建筑物抗震性能的影响，为地震灾区建筑重建提供理论依据和参考。

二、实验背景地震作为一种自然灾害，给人类带来了巨大的灾难。

建筑物在地震中容易发生倒塌，造成人员伤亡和财产损失。

因此，研究地震条件下建筑物的破坏机理，提高建筑物的抗震性能具有重要意义。

三、实验材料与设备1. 实验材料：- 混凝土：强度等级C30- 钢筋：HRB400- 木板：厚度为20mm- 沙子：粒径为0.5-1.0mm2. 实验设备：- 地震模拟台- 力学测试系统- 激光测距仪- 摄像机- 水平仪四、实验方法1. 实验设计：本实验共设计了四种不同结构类型的建筑模型，分别为框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和砖混结构。

每种结构类型分别设置不同材料性能和基础条件，共计16个实验模型。

2. 实验步骤：（1）制作实验模型：按照设计要求，制作四种不同结构类型的建筑模型，确保各模型尺寸、材料性能和基础条件一致。

（2）安装地震模拟台：将实验模型放置于地震模拟台上，确保模型稳定。

（3）设置地震波：根据实验要求，设置不同地震波参数，如震级、持续时间、频谱等。

（4）进行地震模拟实验：启动地震模拟台，模拟地震条件下建筑物的破坏情况。

（5）记录实验数据：使用力学测试系统、激光测距仪和摄像机等设备，记录实验过程中的各项数据，如加速度、位移、裂缝宽度等。

（6）分析实验结果：对实验数据进行处理和分析，总结不同结构类型、材料性能和基础条件对建筑物抗震性能的影响。

五、实验结果与分析1. 不同结构类型对建筑物抗震性能的影响：（1）框架结构：在地震作用下，框架结构具有良好的抗震性能，但存在柱梁节点破坏的风险。

（2）剪力墙结构：剪力墙结构具有较高的抗震性能，但存在墙体开裂、脱落等风险。

（3）框架-剪力墙结构：框架-剪力墙结构结合了框架结构和剪力墙结构的优点，具有较好的抗震性能，但存在节点和墙体破坏的风险。

地震作用建筑弯剪破坏实例地震作用建筑弯剪破坏实例地震是一种自然灾害，经常给人们的生命和财产带来巨大的损失。

在地震中，建筑物往往是最容易受到破坏的对象之一。

建筑物的破坏形式有很多种，其中最常见的是弯剪破坏。

本文将从以下几个方面详细介绍地震作用下建筑物弯剪破坏的实例。

一、地震作用地震是指地球内部因为各种原因而发生的振动现象。

它是一种自然灾害，可以给人类社会带来巨大的影响。

地震通常由地壳运动引起，其能量释放形式有两种：一种是弹性波，另一种是非弹性波。

这些波会传播到建筑物中，并对其造成不同程度的影响。

二、建筑物弯剪破坏在地震中，建筑物主要受到两种力的作用：水平力和垂直力。

水平力通常由横向或纵向运动引起，而垂直力则由重力和惯性力共同作用引起。

这些力会使建筑物产生弯曲和剪切变形，导致其结构破坏。

弯剪破坏是指建筑物在地震中由于受到水平力和垂直力的共同作用，导致其结构发生弯曲和剪切变形而破坏。

这种破坏形式在地震中非常常见，特别是在高层建筑、桥梁、大型厂房等结构中更为明显。

三、实例分析以下是几个具体的实例，说明了地震作用下建筑物弯剪破坏的情况。

1. 汶川地震2008年5月12日，中国四川省汶川县发生了7.8级地震。

这次地震造成了超过6万人死亡和数十万人受伤，并且给当地的建筑物造成了严重的损害。

其中最典型的就是当时被称为“鸟巢”的汶川县体育馆。

这座体育馆采用了钢筋混凝土框架结构，在地震中发生了严重的弯剪破坏。

整个建筑物呈现出明显的V形变形，部分墙体和屋顶坍塌。

2. 美国北岸地震1994年1月17日，美国加利福尼亚州北岸发生了6.7级地震。

这次地震造成了60人死亡和上万人受伤，并且给当地的建筑物造成了严重的损害。

其中最典型的就是奥克兰-圣弗朗西斯科湾桥。

这座桥梁采用了钢筋混凝土框架结构，在地震中发生了严重的弯剪破坏。

整个桥梁呈现出明显的S形变形，部分桥墩和桥面坍塌。

3. 日本东北地震2011年3月11日，日本东北海岸发生了9.0级地震和海啸。

框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析一、本文概述本文旨在深入研究框架结构在地震中的抗倒塌能力，特别是在汶川地震极震区的实际震害案例分析基础上，探讨框架结构的抗震性能和失效机制。

汶川地震是中国历史上一次具有极大破坏性的地震，其极震区的震害情况尤为严重，为我们提供了宝贵的震害数据和实际案例。

本文通过分析这些案例，旨在提升对框架结构抗震性能的理解，为未来的抗震设计和防灾减灾提供科学依据。

文章首先将对框架结构的基本特性和抗震设计原理进行概述，为后续的分析和讨论提供理论基础。

随后，将详细介绍汶川地震极震区的几个典型框架结构震害案例，包括震害现象、破坏程度和影响因素等。

通过对这些案例的深入分析，我们将揭示框架结构在地震中的倒塌机制和薄弱环节，探讨现有抗震设计方法的优点和不足。

在此基础上，文章将进一步研究提高框架结构抗地震倒塌能力的有效措施和方法。

结合震害案例的分析结果，我们将探讨如何优化框架结构的抗震设计，提高结构的延性、耗能能力和整体稳定性。

还将关注新型抗震材料和技术的应用，以期在未来抗震设计和防灾减灾工作中取得更好的效果。

本文将对研究成果进行总结，并提出对未来研究方向的展望。

通过本文的研究，我们期望能够为提升我国框架结构抗震性能提供有益的建议和参考，为保障人民群众生命财产安全做出积极贡献。

二、框架结构的抗地震倒塌能力分析框架结构作为一种常见的建筑结构形式，其抗地震倒塌能力一直是工程界和学术界研究的重点。

在汶川地震极震区的震害案例分析中，我们可以发现，框架结构的抗地震倒塌能力受到多种因素的影响，包括结构设计、材料性能、施工质量、地震动特性等。

从结构设计的角度来看，合理的抗震设计是提高框架结构抗地震倒塌能力的关键。

在汶川地震中，一些遵循了现行抗震设计规范的框架结构表现出了较好的抗震性能，能够在地震中保持结构的整体性和稳定性。

然而，也有一些框架结构由于设计上的不足，如结构布置不合理、节点连接不牢固等，导致在地震中出现了严重的破坏甚至倒塌。

㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升 专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的 强柱弱梁,梁耗能为主 向超罕遇地震时的 梁柱共同耗能 推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋 强柱 构造和加劲肋 强梁 构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋 强柱 构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。