预应力H型钢混凝土组合梁动力性能参数分析
计 静 ，郑文忠 ，张文福
(1．东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318；2．哈尔滨工业大学
土木工程学院，黑龙江哈尔滨150090)
摘要：为获得预应力H 型钢混凝土新型组合梁的恢复力模型，对7根跨度为3 800 mm、2根跨度为
4 500 mm 的预应力型钢混凝土简支梁的骨架曲线进行了仿真分析，探讨了综合配筋指标、预应力
度、预应力筋合力点到梁下边缘距离及混凝土轴心抗压强度4个参数对截面单调弯矩一曲率曲线和
构件单调荷载一位移曲线的影响，同时考察了综合配筋指标、预应力度对构件截面曲率延性和构件
位移延性的影响；最后统计回归出预应力H 型钢混凝土组合梁曲率延性和位移延性的计算公式，
建立了预应力H 型钢混凝土组合梁弯矩一曲率恢复力模型和荷载一位移恢复力模型。结果表明：预
应力H型钢混凝土组合梁具有良好的抗震性能，建立的恢复力模型可为该类梁的结构弹塑性动力
分析提供参考。
关键词：预应力H 型钢混凝土；组合梁；预应力度；恢复力模型；动力性能
中图分类号：TU378．2 文献标志码：A
Parameter Analysis on Dynamic Performance of Prestressed
H—steel Reinforced Concrete Composite Beams
jI Jing ，ZHENG W en—zhong。，ZHANG W en—fu
(1．School of Civil Engineering and Architecture，Northeast Petroleum University，Daqing 1 63318，Heilongjiang，
China；2．School of Civil Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，Heilongjiang，China)
Abstract：In order to acquire the restoring force models on the new prestressed H steel reinforced
concrete com posite beam s，the sim ulation analysis was performed on 7 span 3 800 mm and 2 span
4 500 mm prestressed steel reinforced concrete simple beam s． The influences of four factors on
the m onotone m oment——curvature curve of section and the monotone load——displacem ent curve of
m ember were discussed，which were global reinforcing index，prestressing degree，the distance
from the centre of prestressing tendon to the bottom of the beam s and axial compressive strength
of concrete，and the influences of two factors on curvature ductility of section and displacement
ductility of mem ber were investigated，which were the global reinforcing index and prestressing
degree． The calculation form ulas of the curvature ductility and the displacem ent ductility of
prestressed H—steeI reinforced concrete composite beams were given by the statistical regression．
Finally， the restoring force models for the mom ent—curvature and the load displacement of
prestressed H—steel reinforced concrete composite beams were established． The results show that
prestressed H—steel reinforced concrete com posite beams possess good seismic performance， the
收稿日期：2010 12 02
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAJ03A10)；国家自然科学基金项日(50178026)
黑龙江省自然科学基金重大项目(ZD200806)
作者简介：计静(1977一)，男，黑龙江五常人，副教授，工学博士，E mail：jijingl 977@1 63．com。
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34 建筑科学与工程学报 2011年
restoring force models can provide references for elasto—plastic dynamic analysis on structures of
this kind of beams．
Key words：prestressed H—steel reinforced concrete；composite beam ；prestressing degree；restor—
ing force model；dynam ic performance
0 引 言
目前，既有房屋的套建增层改造已经成为中国
城市建设的热点问题之一ll。]。为保证套建增层过
程中既有房屋的正常使用，避免将施工阶段的荷载
传至原房屋屋盖，笔者提出了以预应力H型钢混凝
土组合梁作为框架梁、以角钢混凝土柱作为框架柱
的新型框架结构 ，通过在H型钢的下面挂底模，
并以底模为支承设置侧模，来实现在浇筑混凝土过
程中由预应力H型钢承担梁自重和施工荷载，在使
用阶段预应力H 型钢混凝土组合梁与角钢混凝土
柱通过节点形成外套框架承担新增荷载。新型框架
结构中采用的预应力H型钢混凝土(PHSRC)组合
梁具有预应力梁和钢骨混凝土梁的双重优点，是一
种新型、高效且很有发展前途的结构形式。
对于常规的结构形式，如混凝土结构、预应力混
凝土结构、钢结构、组合结构等的研究都经历了一定
的发展历程，取得了一定的成果。但各国对预应力
型钢混凝土梁抗震性能方面的研究很少，傅传国l6
进行了两榀在转换大梁中采用预应力型钢混凝土结
构和普通钢筋混凝土转换大梁的叠层空腹桁架结构
1：8比例缩尺模型在水平低周反复荷载下的抗震
性能试验，试验结果表明，采用预应力型钢混凝土转
换大梁的结构模型，其总体受力性能和抗震性能明
显优于普通钢筋混凝土结构模型。薛伟辰等 进行
了2根不同预应力度的预应力钢骨混凝土梁低周反
复荷载试验，研究了PHSRC梁的破坏形态、变形恢
复能力、延性、刚度退化和耗能能力等重要抗震性能
指标，但目前在大量参数分析基础上可应用于结构
动力分析的PHSRC梁恢复力模型尚未见报道。
本文中笔者分别对文献[7]中的2根跨度为
4 500 mm 的PHSRC梁荷载一位移(p△)骨架曲线、
文献f87中的7根跨度为3 800 mm 的PHSRC梁单
调弯矩一位移(M-A)曲线进行了仿真分析，分析结果
与试验结果吻合良好。基于仿真分析方法，考察了
综合配筋指标 、预应力度 。、预应力筋合力点到
梁下边缘距离h 及混凝土轴心抗压强度厂 这4个
参数对构件截面单调弯矩一曲率(M )曲线和构件
单调P△ 曲线的影响，建立了与试验结果吻合良好
的MW和P一△ 恢复力模型，为采用该类梁的结构弹
塑性动力分析提供参考。
l 单调荷载一位移曲线的仿真分析
首先采用纤维模型法 进行各个截面的弯矩一
曲率分析，得到弯矩一曲率关系后，采用共轭梁法可
获得构件的单调荷载一位移关系曲线。
1．1 材料的本构模型
l_1．1 混凝土的本构关系
混凝土应力一应变关系受压曲线由抛物线的上
升段和直线的下降段组成，受拉曲线为直线段，其数
学表达式为
rE ￡ f ／E ≤￡ <O
= J E1一(1一￡。／E0) ] o≤￡。≤E0 (1)
l +E (e 一￡o) eo<e ≤￡
式中： 为混凝土轴心抗拉强度标准值； 为混凝
土的应力 、e。、￡。 分别为混凝土的应变、混凝土达
到抗压强度时对应的应变及混凝土的极限应变；
E 、E 分别为混凝土受拉段和下降段的弹性模量[】 。
1．1．2 钢筋和钢骨的本构关系
普通钢筋的应力一应变关系数学表达式为
E 0≤ ￡s≤ (
一 2)，
If ￡s>￡s
式中：， 为普通钢筋的抗拉强度标准值； 为普通
钢筋的应力 、￡ 分别为普通钢筋的应变和普通钢
筋达到抗拉强度时对应的应变；E 为普通钢筋的弹
性模量。
钢骨的本构关系与钢筋相同。
1．1．3 预应力筋的本构关系
预应力筋的应力一应变关系采用三段式，即
rEp1￡p p< p1
一
l+Ep2(￡p～￡p1) ep】≤ep≤ ￡p2 (3)
【 2+Ep3(￡p—Ep2) ￡p2<￡p<￡p3
式中：．厂p 、 。分别为预应力筋应力一应变曲线上三
分段拐点处对应的应力； 。为预应力筋的应力；e。
为预应力筋的应变；e p1、e 。、e 。分别为预应力筋应
力一应变曲线上三分段拐点处对应的应变；E。 、

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