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摘 要：为实现钢框架刚度在一定范围内的渐变调幅，三种新型的抗侧力构件—钢筋混凝土深梁、钢板深梁、组合深梁被提出。本文介绍了深梁填充钢框架抗震性能研究的进展，对三种类型的深梁填充钢框架的抗震性能进行了对比分析，提出了对今后深梁的研究和应用的建议。
关键词：钢框架； 深梁； 抗震性能； 研究进展
1 引言
在中国城市建设中，超高层和大型复杂建筑越来越多，采用的结构形式也越来越多。钢框架结构的结构延性和抗震性能良好，但钢框架结构的侧向刚度小导致侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，在高地震烈度区的使用受到限制。为实现刚度在一定范围里渐变调幅，可将深梁作为一种新型的抗侧力结构形式。
Kahn等1979年最早提出框架内填钢筋混凝土深梁结构形式，Kesner等将纤维混凝土深梁用于钢框架抗震加固，郑宏于2007年获得钢板-混凝土组合深梁国家专利，将深梁作为承受水平地震力的耗能构件来研究。在此，作者对深梁填充钢框架的抗震性能的试验研究进行归纳总结，以方便不同形式的深梁在具体工程中的选用，并为今后的研究提供参考。
2 深梁填充钢框架结构体系
2.1 钢筋混凝土深梁填充钢框架
纯框架抗侧刚度小，在水平地震作用下易产生较大的侧向变形从而导致非结构构件的破坏。钢筋混凝土深梁填充钢框架可以有效提高结构的抗侧刚度。郑宏、胡立黎等进行了钢筋混凝土深梁填充钢框架试验，得出了钢框架内填钢筋混凝土深梁结构在水平低周反复荷载作用下的抗震性能。
钢筋混凝土深梁在钢框架中的位置与剪力墙相同，通过角钢用高强螺栓与钢框架相连。试验表明：内填钢筋混凝土深梁钢框架结构在低周反复荷载作用下的荷载-位移滞回曲线饱满，其承载能力、延性和耗能能力均优于钢框架结构，抗震性能良好。胡立黎等通过试验得到了钢筋混凝土的破坏机理，提出了计算钢筋混凝土深梁与钢框架协同分析模型。
2.2 钢-混凝土组合深梁填充钢框架
钢-混凝土组合深梁由钢板和外侧预制钢筋混凝土板螺栓连接而成。钢-混凝土组合深梁通过角钢与钢框架相连。钢框架内填钢-混凝土组合深梁的结构中混凝土板主要起约束钢板，限制钢板的屈曲变形以发挥钢材的材料性能。
郑宏等对钢框架组合深梁抗震性能进行了试验研究，得出了结构在低周反复荷载作用下的抗震性能，分析了结构的耗能机理。 钢框架内填组合深梁之后， 明显提高了整体结构的初始刚度、极限承载力， 解决了纯框架结构抗侧刚度不足的问题。内填组合深梁首先消耗地震能量， 起到第一道防线的作用， 保护了框架体系， 避免整体结构发生严重破坏， 提高了框架结构的耗能能力。胡立黎等在试验的基础上建立了组合深梁填充钢框架三折线型恢复力模型。考虑了刚度退化， 能较好地反映组合深梁填充钢框架的恢复力特性， 适合在弹塑性反应分析中采用。
2.3 钢板深梁填充钢框架
钢板深梁分为不加劲钢板深梁和加劲钢板深梁两种。加劲钢板深梁一般采用十字加劲肋、交叉加劲肋等，加劲肋材料为角钢，可以通过螺栓与钢板固定，也可以采用焊接的形式。钢板深梁通过角钢利用高强螺栓与钢框架相连，达到可拆卸的目的。
研究表明钢板深梁填充钢框架在水平荷载作用下的破坏始于钢板的屈服。对于加劲钢板深梁，由于加劲肋对钢板的约束作用，限制了钢板的屈曲变形，更利于钢板发挥其材料性能。所以加劲钢板深梁的耗能能力优于不加劲钢板深梁。钢板深梁不仅在提高钢框架初始刚度、屈服荷载和承载力方面均有显著效果，解决
了纯钢框架初始刚度不足的缺陷，而且有效约束了框架结构的水平位移，改善了框架受力和变形，可作为高层结构的加固体系，成为抗震设防的第一道防线。
3 深梁填充钢框架试验对比分析
对三种深梁填充钢框架在循环往复荷载作用下的抗震性能进行了一系列实验，实验中混凝土均采用C30，钢构件均采用Q235B钢材加工制作。RDBF-A及RDBF-B中钢筋混凝土深梁厚60mm，钢筋采用 。CDBF-A及CDBF-B中钢筋混凝土板尺寸为450×720和900×720，板厚60mm，钢筋采用 ，钢板厚度为4mm。SDBF-A和SDBF-B钢板厚度为6mm。实验采用MTS作动器，以位移控制加载。得出三种深梁在循环往复荷载作用下的骨架曲线如下图所示。
4.1 RDBF与PF骨架曲线对比 4.2 CDBF与PF骨架曲线对比 4.3 SDBF与PF骨架曲线对比
图 深梁填充钢框架与纯钢框架骨架曲线对比图
钢筋混凝土深梁填充钢框架的初始刚度、屈服荷载和极限承载力均比纯钢框架大。这是由于钢筋混凝土深梁作为抗侧力构件增加了结构的初始刚度，直至钢筋混凝土深梁中混凝土被压碎，深梁退出工作，刚度才有所降低。同时作为耗能构件，钢筋混凝土深梁的破坏，消耗吸收地震能量，使得钢筋混凝土深梁先于钢框架破坏。由于，RDBF-B的跨高比RDBF-A大，使得RDBF-B的屈服荷载、初始刚度及极限荷载增幅远远大于RDBF-A，这说明钢筋混凝土深梁的跨高比是影响深梁填充钢框架抗震性能的重要因素。
钢-混凝土组合深梁使得钢框架的初始刚度和极限承载力明显提高。 钢-混凝土组合深梁作为抗侧力构件参与受力，并作为抗震设防的第一道防线消耗和吸收地震能量。比较CDBF-A和CDBF-B，后者的深梁宽度大于前者，使得CDBF-B在屈服荷载、初始刚度、极限荷载等方面与CDBF-A相比有很大的提高。该实验研究表明随着深梁跨高比的增大，初始刚度、屈服荷载、极限荷载都会有大幅提高。
钢板深梁填充钢框架较纯钢框架在初始刚度上有显著提高，这是由于钢板深梁与钢框架连接后作为整体承担水平力，提高了结构的抗侧刚度。在水平荷载的作用下，没有设置加劲肋的钢板深梁SDBF-A由于屈服过早的退出工作，所以在屈服荷载和极限荷载上与纯框架相比无显著差异。在SDBF-B中，加劲肋约束了钢板深梁的面外变形，防止其过早的进入屈曲状态，钢板深梁能参与受力，使其在屈服荷载和极限荷载方面较纯框架PF有显著提高。比较图中SDBF-A及SDBF-B相关数据，可知，在钢板深梁填充钢框架中对钢板深梁设置加劲肋可以显著提高机构抗震性能。
4 结论及展望
（1）三种深梁均能不同程度增强框架结构的抗侧刚度，提高屈服荷载和极限荷载，提高结构的耗能力。
（2）对于钢筋混凝土深梁，在今后的研究中可以围绕不同的高跨比、截面厚度、配筋率下钢筋混凝土深梁填充钢框架的抗震性能来进行；对于钢-混凝土组合深梁，可以研究在混凝土板双侧布置钢板或者在钢板两侧布置混凝土板的组合形式；对于钢板混凝土深梁，建议今后的研究可以从增强抵抗弯矩和剪力作用的角度多考虑几种加劲形式，如十字加劲、交叉加劲、全加劲等形式。
（3）今后的科研工作中应积极开展相关的试验及理论分析，研究性能可靠、经济实用的深梁形式，用于建造抗倒塌能力强的框架结构或加固既有框架结构，提高其抗地震倒塌能力，从而保护人民的生命与财产安全。
参考文献：
[1] 张建伟，曹万林，董宏英，等.不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究[J].防震减灾工程学报，2011，31（4）：450-456.
[2] 陈绍蕃，顾强.钢结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：34-39.
关键词：钢框架； 深梁； 抗震性能； 研究进展
1 引言
在中国城市建设中，超高层和大型复杂建筑越来越多，采用的结构形式也越来越多。钢框架结构的结构延性和抗震性能良好，但钢框架结构的侧向刚度小导致侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，在高地震烈度区的使用受到限制。为实现刚度在一定范围里渐变调幅，可将深梁作为一种新型的抗侧力结构形式。
Kahn等1979年最早提出框架内填钢筋混凝土深梁结构形式，Kesner等将纤维混凝土深梁用于钢框架抗震加固，郑宏于2007年获得钢板-混凝土组合深梁国家专利，将深梁作为承受水平地震力的耗能构件来研究。在此，作者对深梁填充钢框架的抗震性能的试验研究进行归纳总结，以方便不同形式的深梁在具体工程中的选用，并为今后的研究提供参考。
2 深梁填充钢框架结构体系
2.1 钢筋混凝土深梁填充钢框架
纯框架抗侧刚度小，在水平地震作用下易产生较大的侧向变形从而导致非结构构件的破坏。钢筋混凝土深梁填充钢框架可以有效提高结构的抗侧刚度。郑宏、胡立黎等进行了钢筋混凝土深梁填充钢框架试验，得出了钢框架内填钢筋混凝土深梁结构在水平低周反复荷载作用下的抗震性能。
钢筋混凝土深梁在钢框架中的位置与剪力墙相同，通过角钢用高强螺栓与钢框架相连。试验表明：内填钢筋混凝土深梁钢框架结构在低周反复荷载作用下的荷载-位移滞回曲线饱满，其承载能力、延性和耗能能力均优于钢框架结构，抗震性能良好。胡立黎等通过试验得到了钢筋混凝土的破坏机理，提出了计算钢筋混凝土深梁与钢框架协同分析模型。
2.2 钢-混凝土组合深梁填充钢框架
钢-混凝土组合深梁由钢板和外侧预制钢筋混凝土板螺栓连接而成。钢-混凝土组合深梁通过角钢与钢框架相连。钢框架内填钢-混凝土组合深梁的结构中混凝土板主要起约束钢板，限制钢板的屈曲变形以发挥钢材的材料性能。
郑宏等对钢框架组合深梁抗震性能进行了试验研究，得出了结构在低周反复荷载作用下的抗震性能，分析了结构的耗能机理。 钢框架内填组合深梁之后， 明显提高了整体结构的初始刚度、极限承载力， 解决了纯框架结构抗侧刚度不足的问题。内填组合深梁首先消耗地震能量， 起到第一道防线的作用， 保护了框架体系， 避免整体结构发生严重破坏， 提高了框架结构的耗能能力。胡立黎等在试验的基础上建立了组合深梁填充钢框架三折线型恢复力模型。考虑了刚度退化， 能较好地反映组合深梁填充钢框架的恢复力特性， 适合在弹塑性反应分析中采用。
2.3 钢板深梁填充钢框架
钢板深梁分为不加劲钢板深梁和加劲钢板深梁两种。加劲钢板深梁一般采用十字加劲肋、交叉加劲肋等，加劲肋材料为角钢，可以通过螺栓与钢板固定，也可以采用焊接的形式。钢板深梁通过角钢利用高强螺栓与钢框架相连，达到可拆卸的目的。
研究表明钢板深梁填充钢框架在水平荷载作用下的破坏始于钢板的屈服。对于加劲钢板深梁，由于加劲肋对钢板的约束作用，限制了钢板的屈曲变形，更利于钢板发挥其材料性能。所以加劲钢板深梁的耗能能力优于不加劲钢板深梁。钢板深梁不仅在提高钢框架初始刚度、屈服荷载和承载力方面均有显著效果，解决
了纯钢框架初始刚度不足的缺陷，而且有效约束了框架结构的水平位移，改善了框架受力和变形，可作为高层结构的加固体系，成为抗震设防的第一道防线。
3 深梁填充钢框架试验对比分析
对三种深梁填充钢框架在循环往复荷载作用下的抗震性能进行了一系列实验，实验中混凝土均采用C30，钢构件均采用Q235B钢材加工制作。RDBF-A及RDBF-B中钢筋混凝土深梁厚60mm，钢筋采用 。CDBF-A及CDBF-B中钢筋混凝土板尺寸为450×720和900×720，板厚60mm，钢筋采用 ，钢板厚度为4mm。SDBF-A和SDBF-B钢板厚度为6mm。实验采用MTS作动器，以位移控制加载。得出三种深梁在循环往复荷载作用下的骨架曲线如下图所示。
4.1 RDBF与PF骨架曲线对比 4.2 CDBF与PF骨架曲线对比 4.3 SDBF与PF骨架曲线对比
图 深梁填充钢框架与纯钢框架骨架曲线对比图
钢筋混凝土深梁填充钢框架的初始刚度、屈服荷载和极限承载力均比纯钢框架大。这是由于钢筋混凝土深梁作为抗侧力构件增加了结构的初始刚度，直至钢筋混凝土深梁中混凝土被压碎，深梁退出工作，刚度才有所降低。同时作为耗能构件，钢筋混凝土深梁的破坏，消耗吸收地震能量，使得钢筋混凝土深梁先于钢框架破坏。由于，RDBF-B的跨高比RDBF-A大，使得RDBF-B的屈服荷载、初始刚度及极限荷载增幅远远大于RDBF-A，这说明钢筋混凝土深梁的跨高比是影响深梁填充钢框架抗震性能的重要因素。
钢-混凝土组合深梁使得钢框架的初始刚度和极限承载力明显提高。 钢-混凝土组合深梁作为抗侧力构件参与受力，并作为抗震设防的第一道防线消耗和吸收地震能量。比较CDBF-A和CDBF-B，后者的深梁宽度大于前者，使得CDBF-B在屈服荷载、初始刚度、极限荷载等方面与CDBF-A相比有很大的提高。该实验研究表明随着深梁跨高比的增大，初始刚度、屈服荷载、极限荷载都会有大幅提高。
钢板深梁填充钢框架较纯钢框架在初始刚度上有显著提高，这是由于钢板深梁与钢框架连接后作为整体承担水平力，提高了结构的抗侧刚度。在水平荷载的作用下，没有设置加劲肋的钢板深梁SDBF-A由于屈服过早的退出工作，所以在屈服荷载和极限荷载上与纯框架相比无显著差异。在SDBF-B中，加劲肋约束了钢板深梁的面外变形，防止其过早的进入屈曲状态，钢板深梁能参与受力，使其在屈服荷载和极限荷载方面较纯框架PF有显著提高。比较图中SDBF-A及SDBF-B相关数据，可知，在钢板深梁填充钢框架中对钢板深梁设置加劲肋可以显著提高机构抗震性能。
4 结论及展望
（1）三种深梁均能不同程度增强框架结构的抗侧刚度，提高屈服荷载和极限荷载，提高结构的耗能力。
（2）对于钢筋混凝土深梁，在今后的研究中可以围绕不同的高跨比、截面厚度、配筋率下钢筋混凝土深梁填充钢框架的抗震性能来进行；对于钢-混凝土组合深梁，可以研究在混凝土板双侧布置钢板或者在钢板两侧布置混凝土板的组合形式；对于钢板混凝土深梁，建议今后的研究可以从增强抵抗弯矩和剪力作用的角度多考虑几种加劲形式，如十字加劲、交叉加劲、全加劲等形式。
（3）今后的科研工作中应积极开展相关的试验及理论分析，研究性能可靠、经济实用的深梁形式，用于建造抗倒塌能力强的框架结构或加固既有框架结构，提高其抗地震倒塌能力，从而保护人民的生命与财产安全。
参考文献：
[1] 张建伟，曹万林，董宏英，等.不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究[J].防震减灾工程学报，2011，31（4）：450-456.
[2] 陈绍蕃，顾强.钢结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：34-39.