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        PEC中長柱抗震性能研究分析

        2017-06-07 08:22:44趙根田周易暉
        山西農(nóng)經(jīng) 2017年5期
        關鍵詞:混凝土

        □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(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(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(huán)均較為飽滿,這種新型PEC柱在低周反復荷載作用下所表現(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(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)

        結束語

        (a)不同設計參數(shù)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(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,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

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