PEC中長柱抗震性能研究分析

□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）

PEC中長柱抗震性能研究分析

□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）

為了分析H型鋼部分包裹混凝土組合柱的抗震性能，試驗設計制作了6個焊接H型鋼部分包裹混凝土柱，對其進行擬靜力試驗。在低周反復水平荷載和恒定的垂直荷載下，通過對關鍵部位應變、位移數據的采集及處理，分析了其破壞模式、滯回性能、耗能性能、位移延性等一系列抗震性能指標。試驗結果表明：PEC柱滯回性能良好；剛度退化穩定；具有良好的延性和耗能性能。

PEC柱；擬靜力試驗；抗震性能

部分包裹混凝土柱，即PEC柱（partially encased concrete composite column）是一種新型的組合柱構造形式，有著承載能力高、耗能性能好，防火性好等優點，可以應用于老舊建筑的加固及改造，也可以用于新建的多高層建筑結構中。目前國內對于PEC結構的研究主要在北美及歐洲的部分國家，國內內蒙古科技大學進行過PEC梁的相關試驗研究。

1 試驗概況

1.1 試件設計

試件尺寸：柱底到加載虛擬梁中心距離900mm，柱采用Q235B級焊接H型鋼；型鋼翼緣之間焊接12mmHPB235級橫向拉接鋼筋，間距為100mm；混凝土強度等級分別為C30、C40和C60。試件詳細尺寸見表1，試件具體設計詳見圖1。柱翼緣與拼接連接板焊接處采用全熔透焊接。

表1 試件參數

圖1 試件詳圖

1.2 加載裝置及加載制度

圖2 加載裝置

圖3 滯回曲線

首先施加恒定的軸壓力。之后施加水平荷載，加載方式采用荷載－位移雙控制的方法。在試件屈服前，加載采用荷載控制，每級進行1次循環，每級為20kN的增幅；進入塑性階段后轉為由位移控制，每級位移循環5次，位移增幅按照表3進行控制；當觀察到荷載－位移曲線出現出現下降時，每級位移循環次數增加到10次；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。

3 滯回曲線

每個試件上布置5個位移計，分別是距離柱底900mm高度處兩側各一個，距離柱底300mm高度兩側各一個，地梁處一個。各試件的滯回曲線如圖3所示。

從圖3可以看出：6個試件的滯回環均較為飽滿，這種新型PEC柱在低周反復荷載作用下所表現出來的飽滿程度充分表明其具有良好的耗能能力。隨著加載級別的逐步增大，滯回環面積越來越大，也表明了這種柱在破壞過程中消耗的能量越來越多。此外，從滯回曲線的形態上看，由于鋼板組合截面、橫向拉結筋對核心區混凝土的“套箍”約束作用，使得核心區混凝土強度有一定程度的提高、延性也得到明顯改善。

3.1 延性系數

本文采用位移延性系數μ來衡量框架各節點的延性。

表3 延性系數

分析表3各節點的延性系數表明：

(a)每個PEC柱的延性系數都能夠超過3，表明PEC柱具有良好的延性，且PEC柱作為傳力體系的一部分，很好地改善了整體結構的延性和抗震性能。

(b)當混凝土強度為C30和C40時，翼緣的厚度降低分別提高了延性31.4%和37.5%。各柱體中，混凝土和鋼材協同作用延性最好的是PEC-4柱。這是一個比較合適的搭配數值。

3.2 耗能性能

圖4 各試件的能量耗散系數

結束語

(a)不同設計參數下的PEC柱試件在低周反復荷載作用下，其滯回曲線總體呈飽滿現象，說明其有著良好的耗能能力；

(b)PEC柱的延性系數都能達到3以上，表明其延性性能較優。另外，建議通過對鋼材的局部屈曲現象的改善或者利用新型鋼材，進一步提高構件的受力性能；

(c)耗能系數均在2.0以上，最高的達到2.9，說明PEC柱具有良好的耗能性能，適合在地震區域使用。

[1]趙橋榮.外包型鋼混凝土梁性能研究[D].西安:西安建筑科技大學,2004,7-65.

[2]Chicoine T,Tremblay R,Massicotte B, et al. Behavior and strength of partially encased composite columns with built-up shapes [J].Journal of Structural Engineering,ASCE,2002,128(3):279-288.

1004-7026（2017）05-0105-02

TU398

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.05.066