部分包裹混凝土柱抗震性能分析

□趙根田 周易暉

（內蒙古科技大學土木工程學院內蒙古包頭014010）

部分包裹混凝土柱抗震性能分析

□趙根田 周易暉

（內蒙古科技大學土木工程學院內蒙古包頭014010）

對PEC中長柱在地震低周反復荷載作用下進行了試驗研究，以混凝土強度，含鋼率，混凝土工作承擔系數等為主要研究參數進行試驗，觀察PEC中長柱在試驗過程中的破壞現象，得到相應的滯回曲線和骨架曲線并進行分析，得出混凝土工作承擔系數，含鋼率，混凝土強度對抗震性能的影響。

PEC柱；抗震性能；混凝土工作承擔系數

PEC柱（partially encased concrete composite column）也稱部分包裹混凝土組合柱，是一種新型的鋼與混凝土組合結構柱的截面形式。見圖1.1。2010年，Dastfan. M.著手于足尺鋼板剪力墻部分包裹混凝土的試驗，結果表明此類形式的柱擁有較大的彎曲剛度，可以滿足抗震的需求[2]。內蒙古科技大學的趙根田教授在2006年對PEC柱進行研究，主要在框架抗震，滯回性能，偏心受壓及局部屈曲現象等。

由于我國對于PEC柱的研究相對于國外較晚，對于PEC柱強軸抗震性能的研究也尚不完備，尤其是工作承擔系數對抗震性能的影響方面的研究更是沒有。因此，應結合現階段的研究現狀，進一步深入開展對于PEC柱強軸的抗震性能研究。

1 試驗概況

1.1 試件設計

型鋼柱均用Q235B級焊接H型鋼；將直徑為12mm的HPB235級橫向拉接筋焊接在型鋼翼緣之間；混凝土強度等級分別為C30、C40和C60。試件具體設計詳見圖1.1，試件詳細尺寸見表1.1。

表1.1 試件參數

1.2 試驗裝置及加載制度

(a)在試件屈服前，采用荷載控制進行加載試驗，1次是每級荷載循環的次數，每次增幅為20kN；

(b)待到實時荷載－位移曲線中觀察到進入塑性階段后轉為由位移控制，每級位移循環5次。

圖1.1 柱剖面圖

(c)當觀察到荷載－位移曲線出現出現下降時，繼續采用位移角控制，每級循環10次。在加載過程中觀察記錄儀上試件荷載－位移曲線的變化情況，直到荷載－位移曲線出現驟降，承載力低于極限承載力85%或試件局部失穩即終止試驗。加載裝置示意圖如圖1.2所示。

圖1.2 加載裝置示意圖

2 試驗過程和現象分析

各試件的加載，以水平液壓伺服作動器傳感器處的位移作為試件的位移值。加載初期由荷載控制，試件保持良好的彈性狀態，卸載后沒有殘余變形。荷載控制階段無明顯現象，在此不贅述，明顯現象均是位移控制加載過程中出現，下面以PEC-1為代表介紹試驗現象。

2.1 破壞形態

綜合6根PEC柱試驗現象，PEC柱的破壞過程可總結為以下幾個階段：

第一階段：試件處于彈性階段時，柱體沒有顯著現象，只有混凝土應變片有少許裂紋，PEC柱混凝土表面出現細微裂紋，型鋼和混凝土能夠很好的協同工作。

第二階段：試件處于彈塑性階段，試件位移加載前期，PEC柱混凝土表面裂紋不斷發展，柱底翼緣出現拉痕和掉皮現象。

第三階段：屈服后，位移加載后期，試件發生塑性變形，處于破壞階段。柱根部屈曲明顯，翼緣與混凝土分離，混凝土大量脫落，橫向拉結筋暴露并被拉斷，柱體逐漸失去承載能力。

3 荷載－位移曲線及其對應的骨架曲線

對比上面的P-△滯回曲線，得出下面的結論：

(a)隨著混凝土強度的逐漸提升，混凝土占得比重越來越大，相應的翼緣厚度對試驗結果的影響逐漸減小，因為隨混凝土強度的提高，混凝土承載力優于鋼材，所以最大承載力也隨著混凝土強度的提升。

(b)隨著混凝土強度的逐漸提升，在影響整體滯回曲線延性和耗能性能方面，他們之間的區別也越來越小。尤其是PEC-5和PEC-6這兩根柱子在耗能和延性方面已經趨于相同，并不像前面PEC-3和PEC-4，更不用說最明顯的PEC-1和PEC-2柱。因為隨著混凝土強度的逐漸提升，混凝土在整個柱體中所占的比重逐漸增加，柱體破壞逐漸偏向脆性破壞，這也是為什么在用上高強度C60混凝土，但是其耗能和延性較前面幾根用中低強度混凝土的柱子差。

圖3.1 試件荷載位移滯回曲線

結束語

通過對以上PEC中長柱的試驗研究，得出結論:

(a)PEC柱具有較飽滿的滯回曲線圖，說明這種柱體具體較好的抗震性能。

(b)在一定范圍內，隨著混凝土強度的提高，PEC柱的最大承載力不斷增大。

(c)當混凝土與鋼板進行協同作用的時候，當混凝土工作承擔系數在0.36和0.43的時候，柱體的抗震性能最理想，說明此時混凝土與鋼板具有較好的協同作用。

[1]李國強,薛偉辰.當代建筑工程的新結構體系[J].建筑鋼結構進展,2011,13(1):11-13.

[2]趙根田,高志軍,張孟喜.外包H型鋼混凝土軸壓短柱受力性能研究[D].哈爾濱工業大學學報,2007,39(增刊1):176-178.

[3]趙根田,朱曉娟.部分包裹混凝土軸壓柱的局部屈曲性能[J].工程建設.2008,40:13-15.

1004-7026（2017）04-0127-02

TU352.11

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10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.04.096