PEC中長柱抗震性能研究分析

□趙根田 周易暉

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

PEC中長柱抗震性能研究分析

□趙根田 周易暉

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院 內(nèi)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(shè)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(fù)水平荷載和恒定的垂直荷載下，通過對關(guān)鍵部位應(yīng)變、位移數(shù)據(jù)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(jié)果表明：PEC柱滯回性能良好；剛度退化穩(wěn)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(gòu)造形式，有著承載能力高、耗能性能好，防火性好等優(yōu)點，可以應(yīng)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(jié)構(gòu)中。目前國內(nèi)對于PEC結(jié)構(gòu)的研究主要在北美及歐洲的部分國家，國內(nèi)內(nèi)蒙古科技大學(xué)進行過PEC梁的相關(guān)試驗研究。

1 試驗概況

1.1 試件設(shè)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(shè)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(shù)

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(huán)，每級為20kN的增幅；進入塑性階段后轉(zhuǎn)為由位移控制，每級位移循環(huán)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(xiàn)出現(xiàn)下降時，每級位移循環(huán)次數(shù)增加到10次；直到荷載－位移曲線出現(xiàn)驟降，承載力低于極限承載力85%或試件局部失穩(wěn)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(cè)各一個，距離柱底300mm高度兩側(cè)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(huán)均較為飽滿，這種新型PEC柱在低周反復(fù)荷載作用下所表現(xiàn)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(huán)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(tài)上看，由于鋼板組合截面、橫向拉結(jié)筋對核心區(qū)混凝土的“套箍”約束作用，使得核心區(qū)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(shù)

本文采用位移延性系數(shù)μ來衡量框架各節(jié)點的延性。

表3 延性系數(shù)

分析表3各節(jié)點的延性系數(shù)表明：

(a)每個PEC柱的延性系數(shù)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(jié)構(gòu)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(xié)同作用延性最好的是PEC-4柱。這是一個比較合適的搭配數(shù)值。

3.2 耗能性能

圖4 各試件的能量耗散系數(shù)

結(jié)束語

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

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

(c)耗能系數(shù)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(qū)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(xué),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