钢骨混凝土复合受扭构件抗震性能影响因素与参数优化设计探究.docxVIP

钢骨混凝土复合受扭构件抗震性能影响因素与参数优化设计探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速和建筑技术的不断进步，现代建筑的高度、规模和功能复杂性都达到了前所未有的水平。在高层建筑、大跨度空间结构以及复杂体型建筑中，结构构件往往承受着多种复杂荷载的共同作用，其中扭矩作为一种常见且不容忽视的荷载形式，对构件的力学性能和结构的整体安全有着重要影响。

钢骨混凝土结构作为一种将钢材和混凝土有机结合的组合结构形式，充分发挥了钢材抗拉强度高、延性好以及混凝土抗压强度高、耐久性好的优势，在各类建筑工程中得到了广泛应用。钢骨混凝土复合受扭构件在实际结构中较为常见，例如高层建筑的角柱，在风荷载或地震作用下，除了承受轴向力、弯矩和剪力外，还会承受扭矩；大跨度空间结构中，当结构平面布置不规则或存在偏心受力时，相关的钢骨混凝土构件也会处于复合受扭状态。

扭矩的存在会显著改变构件内部的应力分布，使得混凝土、钢筋和型钢之间的协同工作机制变得更为复杂，进而对构件的承载能力、变形性能、破坏模式以及抗震性能产生重要影响。若对钢骨混凝土复合受扭构件的抗震性能认识不足，在设计中采用不合理的方法，可能导致构件在地震等自然灾害作用下过早出现裂缝、变形过大甚至发生破坏，严重威胁建筑结构的安全，造成巨大的生命财产损失。因此，深入研究钢骨混凝土复合受扭构件的抗震性能，对于保障建筑结构在地震等灾害中的安全具有至关重要的意义。

从推动建筑行业发展的角度来看，对钢骨混凝土复合受扭构件的研究可以为新型建筑结构体系的开发和应用奠定理论基础。随着建筑行业对结构性能要求的不断提高，开发高性能、经济合理的新型结构体系成为必然趋势。通过深入研究钢骨混凝土复合受扭构件的性能和设计方法，可以为新型结构体系的设计提供技术支持，促进建筑结构向更高、更复杂、更经济合理的方向发展，满足现代社会对建筑多样化的需求，助力建筑行业技术水平的提升。

1.2国内外研究现状

在国外，型钢混凝土结构受扭性能的研究起步较早。日本由于地震频发，对结构抗震性能极为重视，在型钢混凝土结构研究领域投入了大量精力。日本规范《铁骨铁筋混凝土结构计算标准》采用将钢骨部分和钢筋混凝土部分各自抗扭承载力叠加的方式来计算型钢混凝土构件的抗扭承载力，但这种方法未能充分考虑型钢与钢筋混凝土之间的协同工作效应。美国在高层建筑和大跨度结构建设中广泛应用型钢混凝土结构，其相关研究侧重于构件在复杂受力状态下的性能，如在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的复合受力性能分析，一些研究通过建立精细化的有限元模型，对构件的应力分布、变形发展以及破坏模式进行了深入模拟和分析。

在国内，构件的抗扭研究发展相对较晚，早期对型钢混凝土构件的研究主要集中在正截面受弯、斜截面受剪、构件的抗震性能及节点受力机理和构造上，对于型钢混凝土构件受扭性能的研究相对薄弱。近年来，随着国内大型复杂建筑工程的增多，型钢混凝土构件的应用愈发广泛，其抗扭性能研究也逐渐受到重视。部分学者通过试验研究，分析了不同因素如型钢形式、配箍率、混凝土强度等级等对构件抗扭性能的影响。有研究表明，增加配箍率可以有效提高构件的抗扭承载力和延性；采用高强度混凝土和高强度钢材，能够提升构件的抗扭刚度。同时，数值模拟方法也在国内研究中得到广泛应用，利用大型通用有限元软件如ANSYS、ABAQUS等，对型钢混凝土构件在纯扭、弯扭和弯剪扭等多种工况下的受力性能进行模拟分析，得到了构件在各典型荷载步下混凝土、钢筋、型钢的应力和应变分布规律，以及裂缝的形成和发展过程。

尽管国内外在钢骨混凝土复合受扭构件研究方面取得了一定成果，但仍存在诸多不足。现有研究中，对于一些复杂因素的考虑还不够全面，如构件的尺寸效应、型钢与混凝土之间的粘结滑移特性对抗扭性能的影响等。在计算理论方面，目前还缺乏统一、完善且精准度高的抗扭承载力和抗扭刚度计算方法，现有的计算模型往往存在一定的局限性，计算结果与实际试验结果存在偏差。此外，针对不同类型和复杂工况下的钢骨混凝土复合受扭构件抗震性能的系统性研究还不够深入，难以满足日益增长的工程设计需求。

二、钢骨混凝土复合受扭构件概述

2.1基本概念与构成

钢骨混凝土复合受扭构件是一种在建筑结构中具有重要作用的组合构件，主要由钢骨、混凝土和钢筋三部分组成。

钢骨通常采用各种型钢，如工字钢、H型钢、槽钢、角钢等轧制型钢，以及由钢板焊接而成的组合型钢。型钢作为构件的核心受力部分，凭借其高强度和良好的延性，能够承担较大的拉力、压力和剪力，在构件受扭时，型钢的腹板和翼缘直接承受扭矩产生的剪应力，对提高构件的抗扭承载力起着关键作用。例如，在一些大型建筑的核心筒结构中，采用大尺寸的H型钢作为钢骨，有效增强了构件在复杂受力状态下的承载能力。

混凝土作为包裹钢骨的材料，不仅能够防止钢骨