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        部分包裹混凝土柱抗震性能分析

        2017-05-02 00:44:10趙根田周易暉
        山西農(nóng)經(jīng) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:柱體型鋼抗震

        □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)

        部分包裹混凝土柱抗震性能分析

        □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)

        對PEC中長柱在地震低周反復(fù)荷載作用下進(jìn)行了試驗研究,以混凝土強(qiáng)度,含鋼率,混凝土工作承擔(dān)系數(shù)等為主要研究參數(shù)進(jìn)行試驗,觀察PEC中長柱在試驗過程中的破壞現(xiàn)象,得到相應(yīng)的滯回曲線和骨架曲線并進(jìn)行分析,得出混凝土工作承擔(dān)系數(shù),含鋼率,混凝土強(qiáng)度對抗震性能的影響。

        PEC柱;抗震性能;混凝土工作承擔(dān)系數(shù)

        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(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)蒙古科技大學(xué)的趙根田教授在2006年對PEC柱進(jìn)行研究,主要在框架抗震,滯回性能,偏心受壓及局部屈曲現(xiàn)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(qiáng)軸抗震性能的研究也尚不完備,尤其是工作承擔(dān)系數(shù)對抗震性能的影響方面的研究更是沒有。因此,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)階段的研究現(xiàn)狀,進(jìn)一步深入開展對于PEC柱強(qiáng)軸的抗震性能研究。

        1 試驗概況

        1.1 試件設(shè)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(qiáng)度等級分別為C30、C40和C60。試件具體設(shè)計詳見圖1.1,試件詳細(xì)尺寸見表1.1。

        表1.1 試件參數(shù)

        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(jìn)行加載試驗,1次是每級荷載循環(huán)的次數(shù),每次增幅為20kN;

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

        圖1.1 柱剖面圖

        (c)當(dāng)觀察到荷載-位移曲線出現(xiàn)出現(xiàn)下降時,繼續(xù)采用位移角控制,每級循環(huán)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(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。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(xiàn)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(tài),卸載后沒有殘余變形。荷載控制階段無明顯現(xiàn)象,在此不贅述,明顯現(xiàn)象均是位移控制加載過程中出現(xiàn),下面以PEC-1為代表介紹試驗現(xiàn)象。

        2.1 破壞形態(tài)

        綜合6根PEC柱試驗現(xiàn)象,PEC柱的破壞過程可總結(jié)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(xiàn)象,只有混凝土應(yīng)變片有少許裂紋,PEC柱混凝土表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋,型鋼和混凝土能夠很好的協(xié)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(fā)展,柱底翼緣出現(xiàn)拉痕和掉皮現(xiàn)象。

        第三階段:屈服后,位移加載后期,試件發(fā)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(jié)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(yīng)的骨架曲線

        對比上面的P-△滯回曲線,得出下面的結(jié)論:

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

        (b)隨著混凝土強(qiáng)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(qū)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(jīng)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(qiáng)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(qiáng)度C60混凝土,但是其耗能和延性較前面幾根用中低強(qiáng)度混凝土的柱子差。

        圖3.1 試件荷載位移滯回曲線

        結(jié)束語

        通過對以上PEC中長柱的試驗研究,得出結(jié)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(nèi),隨著混凝土強(qiáng)度的提高,PEC柱的最大承載力不斷增大。

        (c)當(dāng)混凝土與鋼板進(jìn)行協(xié)同作用的時候,當(dāng)混凝土工作承擔(dān)系數(shù)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(xié)同作用。

        [1]李國強(qiáng),薛偉辰.當(dāng)代建筑工程的新結(jié)構(gòu)體系[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yè)大學(xué)學(xué)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(shè).2008,40:13-15.

        1004-7026(2017)04-0127-02

        TU352.11

        A

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

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