部分包裹混凝土柱抗震性能分析

□赵根田 周易晖

（内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010）

部分包裹混凝土柱抗震性能分析

□赵根田 周易晖

（内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010）

对PEC中长柱在地震低周反复荷载作用下进行了试验研究，以混凝土强度，含钢率，混凝土工作承担系数等为主要研究参数进行试验，观察PEC中长柱在试验过程中的破坏现象，得到相应的滞回曲线和骨架曲线并进行分析，得出混凝土工作承担系数，含钢率，混凝土强度对抗震性能的影响。

PEC柱；抗震性能；混凝土工作承担系数

PEC柱（partially encased concrete composite column）也称部分包裹混凝土组合柱，是一种新型的钢与混凝土组合结构柱的截面形式。见图1.1。2010年，Dastfan. M.着手于足尺钢板剪力墙部分包裹混凝土的试验，结果表明此类形式的柱拥有较大的弯曲刚度，可以满足抗震的需求[2]。内蒙古科技大学的赵根田教授在2006年对PEC柱进行研究，主要在框架抗震，滞回性能，偏心受压及局部屈曲现象等。

由于我国对于PEC柱的研究相对于国外较晚，对于PEC柱强轴抗震性能的研究也尚不完备，尤其是工作承担系数对抗震性能的影响方面的研究更是没有。因此，应结合现阶段的研究现状，进一步深入开展对于PEC柱强轴的抗震性能研究。

1 试验概况

1.1 试件设计

型钢柱均用Q235B级焊接H型钢；将直径为12mm的HPB235级横向拉接筋焊接在型钢翼缘之间；混凝土强度等级分别为C30、C40和C60。试件具体设计详见图1.1，试件详细尺寸见表1.1。

表1.1 试件参数

1.2 试验装置及加载制度

(a)在试件屈服前，采用荷载控制进行加载试验，1次是每级荷载循环的次数，每次增幅为20kN；

(b)待到实时荷载－位移曲线中观察到进入塑性阶段后转为由位移控制，每级位移循环5次。

图1.1 柱剖面图

(c)当观察到荷载－位移曲线出现出现下降时，继续采用位移角控制，每级循环10次。在加载过程中观察记录仪上试件荷载－位移曲线的变化情况，直到荷载－位移曲线出现骤降，承载力低于极限承载力85%或试件局部失稳即终止试验。加载装置示意图如图1.2所示。

图1.2 加载装置示意图

2 试验过程和现象分析

各试件的加载，以水平液压伺服作动器传感器处的位移作为试件的位移值。加载初期由荷载控制，试件保持良好的弹性状态，卸载后没有残余变形。荷载控制阶段无明显现象，在此不赘述，明显现象均是位移控制加载过程中出现，下面以PEC-1为代表介绍试验现象。

2.1 破坏形态

综合6根PEC柱试验现象，PEC柱的破坏过程可总结为以下几个阶段：

第一阶段：试件处于弹性阶段时，柱体没有显著现象，只有混凝土应变片有少许裂纹，PEC柱混凝土表面出现细微裂纹，型钢和混凝土能够很好的协同工作。

第二阶段：试件处于弹塑性阶段，试件位移加载前期，PEC柱混凝土表面裂纹不断发展，柱底翼缘出现拉痕和掉皮现象。

第三阶段：屈服后，位移加载后期，试件发生塑性变形，处于破坏阶段。柱根部屈曲明显，翼缘与混凝土分离，混凝土大量脱落，横向拉结筋暴露并被拉断，柱体逐渐失去承载能力。

3 荷载－位移曲线及其对应的骨架曲线

对比上面的P-△滞回曲线，得出下面的结论：

(a)随着混凝土强度的逐渐提升，混凝土占得比重越来越大，相应的翼缘厚度对试验结果的影响逐渐减小，因为随混凝土强度的提高，混凝土承载力优于钢材，所以最大承载力也随着混凝土强度的提升。

(b)随着混凝土强度的逐渐提升，在影响整体滞回曲线延性和耗能性能方面，他们之间的区别也越来越小。尤其是PEC-5和PEC-6这两根柱子在耗能和延性方面已经趋于相同，并不像前面PEC-3和PEC-4，更不用说最明显的PEC-1和PEC-2柱。因为随着混凝土强度的逐渐提升，混凝土在整个柱体中所占的比重逐渐增加，柱体破坏逐渐偏向脆性破坏，这也是为什么在用上高强度C60混凝土，但是其耗能和延性较前面几根用中低强度混凝土的柱子差。

图3.1 试件荷载位移滞回曲线

结束语

通过对以上PEC中长柱的试验研究，得出结论:

(a)PEC柱具有较饱满的滞回曲线图，说明这种柱体具体较好的抗震性能。

(b)在一定范围内，随着混凝土强度的提高，PEC柱的最大承载力不断增大。

(c)当混凝土与钢板进行协同作用的时候，当混凝土工作承担系数在0.36和0.43的时候，柱体的抗震性能最理想，说明此时混凝土与钢板具有较好的协同作用。

[1]李国强,薛伟辰.当代建筑工程的新结构体系[J].建筑钢结构进展,2011,13(1):11-13.

[2]赵根田,高志军,张孟喜.外包H型钢混凝土轴压短柱受力性能研究[D].哈尔滨工业大学学报,2007,39(增刊1):176-178.

[3]赵根田,朱晓娟.部分包裹混凝土轴压柱的局部屈曲性能[J].工程建设.2008,40:13-15.

1004-7026（2017）04-0127-02

TU352.11

A

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