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循环荷载下核心型钢混凝土梁柱节点力学性能与抗震机制研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着现代建筑行业的蓬勃发展，建筑结构形式日益多样化，对结构性能的要求也越来越高。型钢混凝土结构（SRC）作为一种将型钢与混凝土有机结合的结构形式，充分发挥了钢材的高强度、高延性以及混凝土的高抗压性、良好耐久性等优点，逐渐成为高层、超高层建筑以及大跨度结构的重要选择。在实际工程中，型钢混凝土结构广泛应用于各类建筑，如商业综合体、写字楼、高层住宅等。以某超高层写字楼为例，其主体结构采用型钢混凝土框架-核心筒结构体系，利用型钢混凝土柱承载能力高、刚度大的特点，有效减小了柱截面尺寸，增加了建筑内部的使用空间，同时提高了结构的抗震性能和抗风性能；在大跨度桥梁工程中，型钢混凝土结构也凭借其优越的力学性能，为桥梁的安全稳定提供了有力保障。

在型钢混凝土结构中，梁柱节点作为连接梁和柱的关键部位，起着至关重要的作用。梁和柱的内力通过节点进行传递，节点的工作状态直接影响着整个结构的承载能力、刚度和稳定性。节点通常处于压弯剪复合应力状态，受力复杂，一旦节点发生破坏，可能导致整个结构的失效，严重威胁到建筑的安全使用。因此，深入研究梁柱节点的性能，确保其传力明确、计算可靠、构造合理，是保证结构正常工作的前提。

在实际工程中，结构往往会承受各种循环荷载的作用，如地震作用、风荷载以及机械振动等。循环荷载的反复作用会使结构构件的力学性能发生变化，导致结构出现疲劳损伤、刚度退化、强度降低等现象。对于型钢混凝土梁柱节点而言，在循环荷载作用下，其内部的型钢与混凝土之间的粘结性能可能会逐渐退化，节点核心区的混凝土容易出现开裂、剥落等损伤，型钢也可能发生局部屈曲或疲劳破坏，这些都将严重影响节点的性能和结构的安全性。因此，研究循环荷载作用下型钢混凝土梁柱节点的性能具有重要的现实意义。

通过对循环荷载作用下型钢混凝土梁柱节点性能的研究，能够揭示节点在复杂受力条件下的破坏机理和力学性能变化规律，为节点的设计和优化提供理论依据。在设计过程中，可以根据研究成果合理确定节点的构造形式、配筋率、混凝土强度等级等参数，提高节点的抗震性能和抗疲劳性能，从而增强整个结构的可靠性和耐久性。此外，研究成果还可以为工程实践中的结构检测、评估和加固提供技术支持，有助于及时发现结构中存在的安全隐患，采取有效的措施进行修复和加固，保障建筑结构的安全使用。在实际工程中，当对既有建筑进行改造或扩建时，可依据节点性能研究成果对原结构的节点进行评估，判断其是否满足新的使用要求，为改造方案的制定提供科学依据；在地震等自然灾害后，通过对节点性能的研究，可以更准确地评估结构的损伤程度，为结构的修复和加固提供合理的建议。因此，本研究对于推动型钢混凝土结构在工程中的应用和发展，提高建筑结构的安全性和可靠性具有重要的理论和实践意义。

1.2国内外研究现状

型钢混凝土结构作为一种重要的结构形式，其梁柱节点性能的研究一直是国内外学者关注的焦点。国外对型钢混凝土梁柱节点的研究开展较早，积累了丰富的研究成果。日本学者横尾义贯、若林实等人对SRC梁－SRC柱节点进行了深入研究，涵盖中柱节点和边柱节点等形式，主要考察了腹板厚度、节点混凝土厚度、轴压比、钢骨抗弯强度等参数对节点性能的影响，研究表明节点破坏类型多为剪切破坏。美国的GregoryG.DelElein、TauqirM.Sheik、JosevhA.Yura等学者对15个模型比例为2∶3的组合结构矩形梁柱节点进行了低周反复荷载和单调荷载下的试验研究，其中包括SRC柱－钢梁节点，通过采用内含型钢柱、设置剪力键、在梁翼缘上焊接纵筋、改变FBP板厚度等不同构造措施，探究了节点构造对节点性能的影响；KoiichiMnimamai进行了8个边柱节点的低周反复荷载试验，阐述了钢梁－组合柱节点剪力传递机理，提出了能较准确预测节点极限强度的传力模型，该模型与试验结果吻合良好。这些研究为型钢混凝土梁柱节点的设计和分析提供了重要的理论基础和实践经验。

国内众多科研机构和高校也对型钢混凝土梁柱节点展开了大量研究。中国建筑科学研究院、西安建筑科技大学、西南交通大学、东南大学、天津大学、福州大学等单位对SRC柱－钢筋混凝土梁节点的抗震性能以及轴压比、柱型钢等因素对节点性能的影响进行了研究。研究内容涉及节点的受力破坏过程及特点、节点抗剪性能、节点滞回曲线及特性、节点的延性及耗能等方面。在节点抗震性能研究中，发现型钢混凝土组合结构梁柱节点由于型钢的存在，表现出延性破坏，变形能力良好，延性系数高于普通钢筋混凝土节点，且节点所处位置、内配型钢形式等因素对延性有较大影响。在节点承载力计算方面，主要有从钢结构计算理论出发考虑混凝土对钢材刚度提高的算法（适用于